유한요소해석의 진화 무요소해석법

안녕하세요 엔글링크입니다.

CAE 기술의 근간이 되는 것은 유한요소법이라고할 수 있습니다.

유한요소법

유한요소법은 연속체인 구조물을 1차원인 막대, 2차원인 삼각형이나 사각형, 3차원인 중실체(사면체, 6면체)의 유한 개의 요소로 분할하여 각기의 영역에 관하여 에너지원리를 기초로 하는 근사해법에 기하여 계산을 해나가는 수치계산방법이다

[네이버 지식백과] 유한요소법 [Finite Elements Method, 有限要素法] (두산백과)

좀더 쉽게 말하면 현실세계에서의 구조물은 무한한 요소로 이루어져 있으나 그 무한함을 구현할 수 없기 때문에 유한한 수의 작은 메쉬로 쪼개 물리현상을

소프트웨어적으로 최대한 구현해내는 방법이라고 할 수 있습니다. 메쉬를 작게 쪼개면 쪼갤 수록 정확도가 높아지지만 일정 수준 이상으로 쪼개면 

결국 수렴하게되기 때문에 적절한 메쉬 수를 찾는 것이 매우 중요합니다.

유한요소해석은 지금까지 CAE 에서 특히 구조해석 분야에서 오랫동안 쓰여왔습니다.

하지만 이 유한요소법의 단점이라고 한다면 그것은 메쉬를 짜야한다는 것입니다. 3D 도면에 메쉬를 얹는 작업은 일반 설계자들이 하기 어려운 

부분들이 있었기 때문에 CAE 엔지니어들이 대부분 전유물처럼 사용할 수 있었습니다.

하지만 이런 메쉬를 얹는 작업 자체가 꽤나 수고로운 작업이기 때문에 최근들어서는 새로운 기법이 등장합니다.

바로 

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무요소법입니다.  

무요소법은 해석을 할때 따로 메쉬를 얹지않고 3D 도면을 바로 사용하여 해석을 하는 방법을 말합니다.

전처리 단계가 생략되기 때문에 설계자와 해석자 입장에서 불필요한 시간을 절약할 수 있어서 좋은 장점이 있습니다.

최근들어서는 마이다스아이티의 메쉬프리가 가장 대표적인 프로그램이라 할 수 있습니다.

그 이전에는 다풀이라는 소프트웨어가 존재했었죠.

하지만 이런 무요소법에도 단점이 존재합니다.

무요소법이라함은 정말로 메쉬를 안짜는 것이 아니라 단지 유저가 메쉬를 짜는 행위를 하지않게 하는 것 뿐입니다.

소프트웨어의 내부에서는 메쉬를 짜는작업이 진행되는 거죠.

그렇기 때문에 

아직 완전히 연구가 끝나지 않은 무요소법을 사용할 경우 제품의 특성에 맞게 메쉬가 적절히 짜지지 않아 해석 단계에서

문제가 발생할 수 있습니다. 해석이라는 것은 어느정도 물리현상에 대한 직관에 의지하여 메쉬를 구성해야 하는 부분이 있기 때문에 

자동적으로 메쉬가 짜지고 이를 확인하지 않아도 되는 방식의 무요소법은

해석의 문제가 있을 수도 있죠 

아직 다쏘 등과 같은 CAE 대기업들이 아직 무요소법보다는 유한요소법을 활용한 소프트웨어만 내놓고 있는 것을 보면 

아직 완전하지 않다는 뜻이기도 합니다.

물론 결국 흐름은 무요소법의 확산으로 이루어지겠죠 

하지만 아직 무요소법을 활용한 소프트웨어는 불안정한 점이 있다고 생각됩니다.

때문에 조금 불편하더라도 유한요소해석을 통해 좀더 정확한 해석결과를 도출해내는 것이 

아직은 맞는것이 아닌가 조심스럽게 생각해봅니다.

   

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