[Material property] CAE 시뮬레이션에서 물성의 중요성.

CAE 시뮬레이션에서 물성은 너무나 중요한 부분이다.
물성이란 재료의 고유의 것으로 근본적으로는 재료의 결정 구조에 의해 형성된다. 
물성이라 하면 사실 범위가 넓다.
전기적 물성, 기계적 물성, 열역학적 물성, 자기적 물성, 진동 관련 물성 등 분야별로 세분화가 가능하다. 

구조해석에서는 기계적 물성을 주로 다루게 된다.  대표적인 기계적 물성으로는 탄성계수가 있다. ls-dyna에서 주로 다루는 기계적 물성은 다음 표를 참고 하자. 

소성변형까지 고려해야하는 해석이라면 그 유명한 s-s curve가 필요하다. 이것은 재료의 인장시험을 통해서 구해야 한다. 인장시험에 대해서는 언젠가 포스팅을 할 수 있으리라 생각된다. 
대학원 연구실에 있던 시절 인장시험 참 많이 했었던 기억이 난다. 

그러나 인장시험으로 얻어진 s-s curve가 바로 해석용 데이터가 되는 것은 또 아니다. 

위의 그림은 인장 시험결과 얻어진 그래프이다. 보다시피 변형률을 보면 5%도 안 되는 지점에서 곡선은 끊어져 버린다. 이 재료가 강도는 꽤 나가지만 연신률이 안 좋은 재료임을 알 수 있다. 
이 데이터로는 5% 이상의 변형이 생기면 더이상 참고할 데이터가 없기 때문에 제대로 된 해석이 수행되지 않는다. 따라서 곡선의 후반부를 연장해야만 한다. 

이것을 외삽법이라고 한다. 영어로는 extrapolation이다. 
기존에 있는 점을 통해 곡선 밖의 점을 예측하는 방법이다. 그 결과 얻어진 그래프는 아래와 같다. 

외삽법은 두 그래프가 특이점 없이 잘 합쳐지도록 해주는 방법이라고 생각해도 좋다. 
두 그래프를 잘 중첩시켜서 쓰면 해석용 데이터가 되는데. ls-dyna에서는 강소성 부분만 필요로 하기 때문에 탄성 부분을 뚝 잘라 버리면 된다. 
즉 항복 응력 지점 부터 시작하는 그래프가 된다. 

이 데이터를 ls-dyna에 3page, Dbase카드 안에 있는 curve를 열어 입력하면 된다. 불러올 수 있는 형식은 거의 대부분의 텍스트 형식이 가능하다. 엑셀의 csv형식도 가능하다. 
탄성 부분은 Mat 카드에서 입력한 탄성계수와 항복 응력 값에 의해 직선으로 피팅해서 쓰게 된다. 물론 ls-dyna가 알아서 하는 것이다. 

물성 데이터를 관리하고 입력하는 것은 매우 중요한 일이다. 제대로 된 물성이 확보되지 않은 상태에서의 해석은 거의 무용지물이라고 할 수 있다. 소재가 특이할수록 프로그램 내에 포함되어 있는 참고 물성 또한 참고할 수가 없게 된다. 

나의 지도교수님의 말씀이 생각난다. 

"쓰레기 넣으면 쓰레기 나오는 거야"