항공우주·국방 산업은 보다 지속 가능한 항공기를 설계하면서도 생산 비용을 낮추고 생산성을 높여야 하는 과제를 안고 있습니다. 동시에 프로그램은 점점 복잡해지고 있으며, 변화하는 인력 구성으로 인해 효율적인 지식 이전 체계가 필수 요소로 떠오르고 있습니다.
SIMULIA는 이러한 환경에서 필요한 고도화된 시뮬레이션 기능을 제공하여, 산업 전반이 직면한 복잡한 문제를 해결하는 핵심 도구입니다. 설계 초기 단계에서 시뮬레이션을 활용하면 개발 시간을 단축하고 물리적 테스트 비용과 프로그램 지연 위험을 크게 줄일 수 있습니다.
본 아티클에서는 SIMULIA의 주요 제품과 핵심 기능에 대해 살펴봅니다.
Abaqus 통합해석 솔루션
Abaqus는 해석 전문가뿐만 아니라 해석 경험이 적은 사용자도 쉽게 사용할 수 있는 무한한 확장성을 가지고 있는 통합 해석 프로그램입니다. 시뮬레이션 데이터 공유를 통해 협업을 간소화하며, 정보 손실 없이 신뢰성 높은 제품 개발을 지원합니다.
Abaqus의 핵심 기능
① 유한요소 해석 및 다중 물리 해석
- 선형/비선형 해석
- 구조-음향, 열-전기 등의 다중 물리 해석
- 전자기 해석 및 Smoothed Particle-Hydrodynamics(SPH) 해석
② 재료 모델링 기능
- 고무, 내열성 플라스틱, 분말 금속, 세포 조직, 토양, 복합재 등 다양한 재료의 비선형 거동을 정밀하게 모델링
③ 다물체 상호작용 및 조인트 시뮬레이션
- 유연 다물체 동역학
- 제어 및 조인트 거동
④ 접촉·파손 및 파괴 해석
- 균열, 충격, 충돌 등 복잡한 비선형 현상 구현
⑤ 고성능 계산 처리 기능
- 4~256개의 코어를 이용한 빠른 계산 처리 능력
⑥ 모델링과 결과 분석
- 기본 워크플로우를 사용자화하는 자동화 툴 제공
⑦ 파트너 프로그램 연동성
- 100개 이상의 다양한 산업군 소프트웨어와 연동 가능
Abaqus는 통합 해석 프로그램으로 간단한 공학 문제부터 고도의 정교함을 요구하는 복잡한 문제까지 폭넓게 다룰 수 있어 산업 전반에서 활용되고 있습니다. 많은 선도 기업들은 이를 통해 고유한 해석 프로세스를 구축하고 업무 효율성을 확보합니다.
CST Studio Suite: 전자기장 분석 솔루션
CST Studio Suite는 전자기장 현상 분석을 위한 해석 시뮬레이터로, 단일 GUI 내에서 8개 제품과 24개의 특화된 솔버를 제공합니다.
CST Microwave Studio
고주파 대역의 3D 전자기장 해석을 위한 시뮬레이터. 안테나, 필터, 커플러 등 Microwave & RF 분야에 대한 해석을 진행할 수 있으며, 3D로 PCB 또는 시스템의 동작 특성 및 영향을 분석하는 SI, PI, EMI/EMC/ESD 분야에 대한 정확하고 빠른 해석이 가능합니다.
CST EM Studio
DC 및 저주파 대역에 대한 해석 가능한 3D 전자기장 시뮬레이터로써, 센서, 모터, 액추에이터, 트랜스포머 등에 대한 해석이 가능합니다.
CST Particle Studio
3D 전자기장 내에서 가속기, 집전자, 진공관 장치 어플리케이션에 대한 Charged Particle Dynamics 해석을 빠르고 정확하게 할 수 있는 시뮬레이터입니다.
CST PCB Studio
CST BoardCheck를 포함한 PCB 전용 전자기장 해석 시뮬레이터입니다. 복잡한 PCB의 Rule Checking 및 Signal Integrity / Power Integrity / De-cap optimization에 대한 빠르고 정확한 분석을 진행할 수 있습니다.
CST Cable Studio
Cable의 신호 전달 특성 및 EMC 해석을 진행하기 위한 시뮬레이터입니다. 항공기, 자동차, 선박, 건물 그리고 소비가전 기기 등에 사용하는 Cable bundle과 3D 기구체, PCB 등이 포함된 상태에서의 Lightning, HIRF, EMP 등의 E3 (Electromagnetic Environmental Effects) 문제 및 EMI/EMC 문제분석이 가능합니다.
CST Design Studio
Circuit 시뮬레이터로써 Circuit의 단독적인 해석뿐만 아니라, 3D Model과 Circuit간의 연계 해석을 진행할 수 있으며, 시스템 해석을 가능하게 하는 다목적 프로그램입니다.
CST Mphysics Studio
CST Microwave Studio, CST EM Studio, CST Particle Studio의 전자기장 해석 결과를 thermal source로 가져와 열 또는 구조 해석을 진행할 수 있는 시뮬레이터입니다.
PowerFLOW: 제품 디자인 & 개발 프로세스 개선하는 유동해석 솔루션
PowerFLOW는 Lattice Boltzmann Method 기반의 유동해석 솔루션으로, 복잡한 환경에서 정확한 유동 특성 예측이 가능합니다. 자동 격자 생성과 Best Practice 기반 설정으로 초기 단계에서 제품 성능을 빠르게 검증할 수 있으며, 시뮬레이션을 통해 테스트 비용과 개발 리스크를 줄일 수 있습니다.
PowerFLOW의 핵심 기능
① 운송(Transportation) 분야 특화 솔루션
- Aerodynamics
- Aeroacoustics
- Thermal Management
② 회전체 해석 기능(TRUE Rotating Geometry)
- 팬 소음 및 성능 예측
- 브레이크 냉각 해석
- 휠 공력 성능 해석
- 펌프, 블로워, 터빈 해석
③ 연계 시뮬레이션 (Coupled Simulation, 옵션 모듈)
- PowerTHERM: 복사, 전도 솔버
- PowerCOOL: 열 교환기 성능 및 탑 탱크 온도 예측
- PowerACOUSTICS: 유동 소음 예측
④ 디지털 풍동 환경 제공 (표준 디지털 풍동 템플릿 제공)
- Static 또는 Moving 지면 조건 설정으로 정확한 실험 풍동 구현
- 실험 풍동과 동일한 경계·입구 조건 설정 가능
Wave6: 전 가청주파수영역 소음·진동 해석 솔루션
Wave6은 전 가청주파수 범위에서 소음 및 진동 (또는 유동 소음 및 진동)을 모델링하는 차세대 소프트웨어입니다. 단일 라이센스로 통합된 환경에서 유한 요소 (FEM), 경계 요소(BEM), 통계 에너지 분석 (SEA) 기법을 결합하여 하나의 해석 모델로 다양한 소음·진동 성능을 확보하고, 개발 후반부에서 발생할 수 있는 과도한 문제를 방지할 수 있습니다.
Wave6는 아래 그림과 같이 전체 가청주파수 범위에서 소음 및 진동을 효율적이고 정확하게 시뮬레이션 할 수 있는 방법을 제공합니다.
Wave6의 주요 해석 방법은 다음과 같은 특징을 갖습니다.
Statistical Energy Analysis (SEA)
SEA는 중·고주파수 영역에서 구성요소의 소음·진동 응답을 설명하기 위해 사용됩니다. Wave6는 임의 단면적을 가진 구조물의 파동 전파를 정확하고 효과적으로 계산하기 위해 Generalized SEA방법을 적용하며, 이로 인해 별도의 근사화 작업이 필요하지 않습니다. 또한 모델 geometry를 일일이 편집할 필요 없이 자체 geometry engine, 자동화 워크플로우, 템플릿 기능을 활용해 SEA 모델 생성 과정을 자동화할 수 있습니다.
Structural Finite Elements
이 방법은 저주파수 영역에서 구조 부품의 진동을 해석하는 데 사용됩니다. Wave6는 구조 유한요소 모델을 직접 생성하는 기능을 제공하며, geometry mesh 생성, 물성치 및 구속조건 설정, mode shape 계산을 지원합니다. 또한 다른 해석 소프트웨어에서 생성한 mesh와 구조 mode shape 결과를 임포트하여 기존 구조 모델을 그대로 활용할 수 있습니다.
Acoustic Finite Elements
이 해석법은 저주파수에서 경계가 있는 음향 공간의 응답을 분석하는 데 사용됩니다. 특히 면적 대비 부피 비율이 큰 음향 공간 모델링에 유용합니다. Wave6는 자동으로 부피를 추출하고, 부피 mesh를 생성하고, 물성치를 부여한 뒤 음향 mode shape를 계산하여 음향 유한요소 모델을 손쉽게 구성할 수 있습니다. 또한 외부 유한요소 해석 및 유동해석 소프트웨어에서 생성한 부피 mesh도 임포트할 수 있습니다. Wave6의 acoustic finite element 라이브러리는 1차 및 2차 음향 요소를 모두 포함하여, 유동해석 결과에서 얻은 온도·압력 변화에 따른 음향 특성 변화도 쉽게 반영할 수 있습니다.
Boundary Elements Method (BEM)
BEM은 저주파수에서 경계가 있는 음향 공간 및 무한 음향 공간의 파동 전파를 분석하는 데 사용됩니다. 음향 공간 전체가 아닌 표면만 mesh하면 되기 때문에, 무한 공간에서의 음향 방사나 복잡한 random 음향 환경에서 구조물에 작용하는 가진을 효과적으로 계산할 수 있습니다. Wave6는 geometry 기반으로 대규모 fully-coupled acoustic boundary element 모델들을 생성할 수 있도록 부피 추출, 표면 mesh 생성, non-compatible junction 생성 등 고유한 자동화 기능을 제공합니다. 또한 BEM과 SEA를 결합하여 큰 음향 공간의 모델을 더욱 정교하게 구축할 수 있으며, 이는 특히 윈드노이즈 모델링에 정확하고 효과적인 접근 방식입니다.
SIMULIA는 전자기장 분석(CST), 유동 해석(PowerFLOW), 소음·진동 해석(Wave6), 그리고 통합 해석(Abaqus) 등 폭넓은 분야에 이르는 고도화된 시뮬레이션 기능을 제공하는 통합 해석 솔루션입니다. 제품 설계 초기 단계부터 성능을 정밀하게 검증하고 잠재적인 문제를 조기에 파악함으로써 물리적 테스트 의존도를 줄이고, 개발 후반부에서 발생할 수 있는 비용과 리스크를 효과적으로 최소화합니다.
항공우주·국방을 포함한 글로벌 산업에서는 정밀성, 생산성, 지속 가능성이 동시에 요구되고 있습니다. 이러한 복잡한 엔지니어링 환경 속에서 SIMULIA는 단순한 해석 도구를 넘어, 기업이 고유한 해석 프로세스를 구축하고 업무 효율을 높일 수 있도록 지원합니다.
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