아바쿠스 해석을 진행하면서 문제가 되는것이 모래시계 현상이라고 불리는 Hourglass 현상입니다. Abaqus에서 제공하는 Hourglass 컨트롤 방법에는 5가지가 있습니다. 이는 물성별로 다르게 설정하는 것이 좋습니다.
이번 포스팅에서는 어떤 물성에서 어떤 'Enhanced hourglass mode' 옵션을 사용하면 되는지와 Hourglass를 해결하기 위해서는 어떤 방법이 사용하는지에 대해 알아보겠습니다.
Hourglass 란?
Hourglass는 보통 요소(Element)의 적분점(Integration point) 부족으로 생기는 모래시계 현상입니다. Hexa element를 예를 들어 설명하자면, 기본적으로 아바쿠스에서 C3D8 요소를 사용하지만, 빠른 해석을 위해서 미소변형에서는 Reduced element인 C3D8R을 사용합니다. (사실 현업에서는 빠른 해석을 위해 미소변형에만 사용하지는 않습니다.)
Reduced element는 적분점이 가운데에만 존재하기 때문에 Element에 Moment가 작용하면 위 그림과 같은 비정상적인 거동을 보입니다.
해결 방법 #1 : 기본적인 방법
Hourglass를 해결하기 위해서는 기본적으로 Reduced element를 사용했더라도 Remesh를 하거나, Full integration element로 요소 타입을 변경해주면 됩니다. Full integration element를 사용시 주의할 점은 Shear locking 현상입니다.
- Remesh
- Reduced element → Full integration element
사실 현업에서는 해석 속도가 중요하기 때문에, Reduced element를 사용해서 아바쿠스 해석을 수행합니다. 따라서, 위에서 설명드린 '기본적인 방법'의 효과 보다는 아래에서 설명드리는 'Hourglass Control'이 더 좋은 효과를 보입니다.
해결 방법 #2 : Hourglass Control
Reduced element에 의한 Hourglass를 해결하기 위해서는 'Enhanced hourglass mode' 옵션을 사용해야합니다. 이 옵션은 보통 5종류로 나눠지는데, 물성마다 사용가능한 'Enhanced hourglass mode' 옵션이 다릅니다.
- 완전탄성 : STIFFNESS (Standard Default)
- 점탄성 : RELAX STIFFNESS (Explicit Default)
- Solid, Membrane : VISCOUS
- Hyperelastic, Hyperfoam : ENHANCED
- 점성, Reduced element : COMBINED
초탄성 모델인 고무와 쿠션 재료는 ENHANCED 옵션을 사용해서 Hourglass 모드를 해결하고 있으며, 현업에서는 주로 Reduced element를 사용해서 해석하고 있기 때문에 COMBINED도 많이 사용합니다. 이런 방법을 통해서 Hourglass를 컨트롤할 수 있기 때문에 해석시 적절히 사용해줘야 합니다.
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