1. Introduction
최근 전기차 개발에 있어서 내연기관의 부재로 인한 타이어 소음이 부각되고 있으며 관련 규제를 만족하기 위해 타이어사는 많은 노력을 기울이고 있습니다. 소음테스트 시 트랙의 형상은 ISO 10844 기준을 만족해야 하며 요철이 없는 매끈한 표면이 아닌, 아스팔트 노면에 해당하는 거친표면 형상을 요구합니다.
따라서 관련 규제에 효과적으로 대응하기 위해서 표면조도를 반영한 유한요소모델을 구현해야 합니다. 그러나 대다수의 해석 전처리 프로그램은 거친 표면 생성 기능을 제공하지 않기 때문에 사용자는 별도의 모델링 프로그램을 활용하여 표면 정보를 불러와야만 합니다.
이에 Rough Surface Generator (RSGen) plug-in은 Abaqus/CAE 상에서 거친 표면을 자동으로 생성할 수 있도록 개발되었습니다. RSGen plug-in을 사용하면 다양한 형태의 거친 표면을 손쉽게 생성할 수 있으며 다음의 기능을 제공합니다.
(1) 2D/3D 공간 상에 거친 표면 형상 혹은 메쉬 생성 (2D Wire에서 3D Solid까지 모든 형태 지원)
(2) Height distribution 혹은 Power Spectral Density를 활용한 가상표면 생성 알고리즘 제공
(3) 직접 측정한 표면조도 데이터를 외부에서 불러와 표면 생성
Fig. 1 Rough surfaces generated with RSGen plug-in
2. Usage
RSGen plug-in은 설치 후 Abaqus/CAE 상에서 Main menu – Plug-ins → Tools → Rough Surface Generator 탭에서 실행 가능합니다. 거친 표면을 생성하기 위해 (1) 형상정보 (2) 표면생성 알고리즘 (3) 표면생성 파라미터 입력 혹은 측정데이터 파일 불러오기의 과정이 필요하며 각 단계에 해당하는 GUI 화면을 Fig. 2~Fig. 5에 나타내었습니다.
표면이 생성되면 Fig. 6과 같이 Abaqus/CAE 메시지 창에 생성된 표면의 roughness index를 보여줍니다. 사용법에 대한 자세한 내용은 플러그인 내에서 제공하는 built-in 튜토리얼이나 별도의 매뉴얼을 통해 확인할 수 있습니다.
Fig. 2 Main dialog box for RSGen plug-in, a tab to define geometric information
Fig. 3 A tab to define type of surface generator
Fig. 4 A tab to define input parameters for surface generator
Fig. 5 A tab to select the path for profile data file
Fig. 6 Roughness index for generated surface
3. Demonstration
플러그인 시연 영상을 아래에서 확인할 수 있습니다. 영상에서는 2D/3D Shell 및 3D Solid 생성을 시연하였으며 가상표면생성 및 측정데이터를 불러오는 방법을 확인할 수 있습니다.
Fig. 7 Demonstration of RSGen plug-in
4. Conclusion
본 포스팅에서는 Abaqus/CAE 상에서 거친 표면을 생성할 수 있는 RSGen plug-in을 소개 하였습니다. RSGen plug-in은 기존에 별도의 작업을 통해서 수행되었던 거친표면 생성을 Abaqus 환경에서 자동화할 수 있으며, 마찰, 마모 등과 같은 다양한 현상에 미치는 표면조도의 영향을 분석해야 하는 경우에 활용될 수 있습니다.
플러그인 활용사례는 다음 포스팅을 통해 확인하실 수 있습니다. 플러그인 사용이나 관련 문의사항은 다쏘시스템 SIMULIA 기술지원팀으로 연락주시기 바랍니다 (02-3270-8541, SIMULIA.KR.Support@3ds.com).
Reference
Abaqus Documentation, 2022, Dassault Systèmes Simulia Corp., Providence, RI, USA.
International Organization for Standardization, Acoustics – Specification of test tracks for measuring sound emitted by road vehicles and their tyres ISO 10844:2021.
Majumdar A, Tien CL, 1990, Fractal characterization and simulation of rough surfaces. Wear 136, 313-327.
Persson BNJ, Albohr O, Tartaglino U, Volokitin AI, Tosatti E, 2005, On the nature of surface roughness with application to contact mechanics, sealing, rubber friction and adhesion, Journal of Physics : Condensed Matter 17(1), R1-R62.
Persson BNJ, 2014, On the fractal dimension of rough surfaces, Tribology Letters 54, 99–106.