유한 요소 방법은 실제 객체를 메쉬라고 하는 매우 많은 수(수천 개에서 수십만 개)의 요소(예: 작은 4면체 또는 정육면체)로 나누어 작동합니다. 각 요소의 동작을 예측하는 수학 방정식을 설정합니다. 컴퓨터는 모든 개별 요소 동작을 결합하여 전체 부품 또는 조립품의 동작을 예측합니다.

곡면 메쉬의 품질 및 솔리드 요소의 쉐이프는 시뮬레이션 결과의 정확도에 영향을 줍니다. 또한 메쉬 밀도(즉, 단위 체적당 요소 수)는 결과의 정확도에 영향을 줍니다. 메쉬 수렴 기술을 통해 결과의 정확도를 최대화하려면 메쉬 품질 및 로컬 메쉬 미세 조정에 주의하십시오.

Autodesk Fusion에서는 자동화된 메쉬 생성을 비롯해 메쉬 크기, 메쉬 품질, 요소 순서 및 기타 옵션에 대한 전역 및 로컬 설정을 제공합니다.

• 메쉬 설정은 모든 구성요소에 적용됩니다.
• 로컬 메쉬 컨트롤은 선택한 도면요소에 적용됩니다.
• 각 시뮬레이션 학습에는 고유한 메쉬 설정이 있습니다.

좋은 메쉬는 정밀도와 계산 시간의 균형을 유지합니다. 고품질 메쉬는 빠르게 수렴하고 정확한 결과를 생성하며 오류를 생성하지 않습니다. 대부분의 메쉬 프로세스에는 적절한 메쉬 설정을 지정하는 작업이 포함됩니다.

노드 및 요소

Fusion 분석을 수행하기 전에 형상은 요소라는 작은 조각으로 분할됩니다. 각 요소의 구석이 노드입니다. 계산은 노드에서 수행됩니다. 또한 요소의 모서리를 따라 중간점에 노드를 포함할 수 있습니다. 이러한 요소 및 노드가 메쉬를 구성합니다.

솔루션 정확도는 메쉬의 적절한 정도에 따라 다르며, 시뮬레이션에 적합한 메쉬를 작성할 수 있도록 Fusion이(가) 메쉬 작성 프로세스의 많은 부분을 자동화합니다.

노드는 DOF(자유도)가 정의되는 공간상의 좌표 위치입니다. 구조 분석의 경우 DOF는 구조 하중으로 인한 점의 가능한 이동을 나타냅니다. 재질의 변형은 노드의 상대 동작에서 결정되며 응력은 변형 및 재질 특성을 기준으로 계산됩니다. 열 분석의 경우 DOF는 각 노드의 온도뿐입니다. 그런 다음, 열 플럭스는 재질의 온도 분포 및 열 전도율에 따라 결정됩니다. 또한 DOF는 어떤 힘 또는 모멘트가 하나의 요소에서 다음 요소로 전환되는지에 영향을 줍니다. 유한 요소 분석(변형, 응력, 온도, 열 플럭스 속도)의 결과는 노드에서 제공됩니다.

실제로 점은 6개의 서로 다른 방향으로 이동합니다. 즉, X, Y 및 Z로 이동하고 X, Y 및 Z를 기준으로 회전합니다. FEA에서 노드는 다양한 이유로 계산된 동작으로 제한될 수 있습니다. 예를 들어 2D 요소에 대한 평면 외부 변환을 계산할 필요는 없습니다. 요소의 노드가 평면 밖으로 이동할 수 있는 경우에 해당 요소는 2D 요소가 아닙니다. 또한 솔리드 요소에 대해서는 노드 회전이 고려되지 않습니다. 솔리드 요소의 모든 변형은 노드 변환의 결과일 뿐입니다. 그러나 평면형 및 선 요소는 일반적으로 회전 DOF를 지원합니다.

주: 2D 및 평면형(쉘) 요소는 현재 Autodesk Fusion에서 지원되지 않습니다. 선(빔) 요소는 볼트 커넥터로만 사용할 수 있습니다.

노드의 DOF는 노드를 통해 요소에 전달되는 힘의 유형, 제한사항 또는 열 흐름과 관련이 있습니다. 힘, 축 또는 전단은 변환 DOF에 해당하는데, 이는 요소의 강성이 특정 하중을 받을 때 노드가 이동하는 거리를 결정하기 때문입니다. 모멘트는 회전 DOF에 해당합니다. 특정 축에 대한 모멘트를 전송하려면 노드에는 해당 축에 대한 회전 DOF가 있어야 합니다. 노드에 회전 DOF가 없는 경우 노드에 모멘트를 적용하더라도 분석 시 아무런 효과가 없습니다. 마찬가지로 노드에 모멘트를 전송하는 기능이 없는 경우 회전 경계 조건으로 해당 노드를 억제하더라도 아무런 효과가 없습니다.

요소는 유한 요소 분석의 기본 빌딩 블록입니다. 여러 요소 유형이 있으며, 사용량은 모형 및 분석 유형에 따라 다릅니다. 현재, Fusion의 모든 솔리드 요소는 4면체(각각 4개의 삼각형 면과 6개의 모서리로 구성됨)입니다. 선형 4면체 요소에는 4개의 노드가 있습니다. 포물선형 4면체 요소는 각 모서리를 따라 중간 노드를 추가하여 요소당 총 10개의 노드를 만듭니다. 곡선 모서리가 있는지에 관계없이, 포물선형 4면체 요소에는 두 가지 변형이 있습니다.

테이블 1: 4면체 요소 변형.

요소는 한 노드의 자유도가 다음 노드와 어떻게 관련되는지를 정의하는 수학적 관계입니다. 또한 이 수학적 관계는 변형이 응력을 작성하는 방법을 정의합니다.