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Multi-Body Dynamics software Tightly integrated

into ANSYS® Workbench™ 

MBD for ANSYS(Multi-Body Dynamics for ANSYS) is an add-on module for ANSYS that is used to simulate the transient behavior of a mechanical assembly in motion and is developed by FunctionBay, Inc. 

“An efficient approach to understand the overall dynamic behavior and generate boundary conditions for structural analysis.”

Applications of MBD for ANSYS

MBD for ANSYS는 ANSYS Workbench 환경 내에서 동역학 해석을 수행할 수 있게 해주는 Add-on 모듈입니다. MBD for ANSYS를 이용하여 움직이는 기계 시스템의 동적인 거동 (Transient motion)을 시뮬레이션하고 결과를 확인할 수 있습니다.

예를 들어, 여기에서 소개하는 Hand Press Machine이 있습니다. 이 모델은 여러 개의 강체 바디로 구성되어 있으며 다양한 조인트로 각각의 바디가 구속되어 있습니다. 뿐만 아니라, 레버와 rack and pinion, 그리고 스프링, 그리고 바디 간의 접촉에 의해 거동이 결정됩니다.

사용자는 MBD for ANSYS를 통해 이러한 동적인 거동을 직접 확인하고, 애니메이션을 통해 결과를 확인할 수 있습니다.

(동영상) Hand_Press_Machine_RD_MBDforANSYS.wmv 

그 밖의 다양한 예제는 MBD for ANSYS e-Learning Start  에서 다운로드 받고 직접 따라해 볼 수 있습니다.

(Trial license는 mbd4a@functionbay.co.kr 를 통해 신청해주세요)  

  여기서는 MBD for ANSYS 모델을 이용하여 최적의 결과를 얻기 위해 ANSYS Workbench의 Parametrization 기능을 활용하는 사례를 소개하고자 합니다.

MBD for ANSYS 17부터는 ANSYS Workbench의 Parametrization을 지원하여 이를 통해 편리하게 최적의 해를 구할 수 있습니다.  

예를 들어, 이 Machine의 Spring의 부착 위치나 초기 변형량에 따라 Lever를 움직이는데 필요한 힘의 크기가 달라질 수 있습니다. 제일 적은 힘으로 Lever를 움직일 수 있게 하고자 한다면 어떻게 해야 할까요?

Spring의 A위치 (x, y)와 초기 변형량을 자유롭게 변경하는 것을 가능하게 해주는 ‘설계변수(Design Variable)’가 있으며, 이를 변경해가며 시뮬레이션을 수행할 수 있을 것입니다.  

여기서는 레버의 기본적인 동작을 Gear에 달린 Revolute1이라는 조인트에 모션으로 정의하고, 회전에 따라 Revolute1에 발생하는 Reaction Torque의 크기를 통해 최적의 결과를 찾아보겠습니다.

즉, 동일하게 Gear가 10도에서 -65도까지 회전을 할 때 필요한 최대 Reaction Torque가 제일 작아지는 A의 위치와 Pre를 회전시키는 Spring의 A 위치 (x, y) 그리고 초기 변형량을 구해보는 것이지요.

아래와 같은 9가지 지점에 스프링을 달고, 각각에 대해 스프링의 초기 변형량을 -5mm, 0mm, +5mm로 하여 총 27가지 (=9x3) 경우에 대해 해석을 수행하고 결과를 비교해보겠습니다.     

Spring의 Detail에서 그림과 같이 좌측의 체크박스를 체크하면 P가 표시되고, Parametrization이 가능해집니다. ANSYS Workbench의 Project Schematic에는 자동으로 그림과 같이 Parameter Set이 표시됩니다. 이를 통해 설계변수로 정의한 변수들의 다양한 조합을 표(Table of Design Points)로 입력하고 자동으로 여러 번의 해석을 수행할 수 있습니다.

이 때, 우리가 관심을 갖는 성능 지표 (Performance index)는 모션이 정의된 Revolute1 조인트의 z축에 대한 Reaction torque의 최대값으로 하겠습니다. 이 27가지 경우 중에서 ‘최대 토크’가 최소가 되는 스프링의 부착위치와 초기 변형량을 찾는 것이죠. 각 27가지에 맞추어 다음과 같이 x, y, 그리고 초기 변형량(-5, 0, 5)을 고려한 Free length를 설정합니다.     

     

이제 Update All Design Points를 클릭하면 정의한 총 27가지 조합에 대해서 자동으로 해석이 수행됩니다. 해석이 끝날 때까지 커피라도 한잔하면서 기다리거나, 밀린 보고서를 작성하는 것도 좋습니다.

이제 해석이 완료되었습니다. 아래와 같이 각각의 설계변수의 조합에 대해 Reaction torque의 값이 계산되어 표시되었습니다. 이 중, 부호가 음수인 Min Over Time 항목 중에서 가장 크기가 작은 조합을 찾아보면  (40, 98, 32.016) 임을 확인할 수 있습니다.

이 경우, Reaction torque의 크기가 147.86 Nmm만큼 감소하게 됩니다.