유한 요소법의 개념과 적용 사례

 

 

  유한요소법이란 물체의 영역을 유한(Finite)개의 요소(Element)라 불리는 작은 영역들로 분할하여 현상의 답을 근사적으로 구하는 수치해석 기법(Method)이다. 이론해를 직접 구하기 어려운 복잡한 모델을 조작이 가능한 유한개의 요소로 분할하고, 개별 요소의 특성을 계산한 다음, 전체 요소의 특성을 모두 조합하여 전체 모델의 특성을 근사적으로 계산하는 방법으로 이해할 수 있다.

 

  자동차 개발 분야에서 유한요소법은 아주 많은 분야에서 쓰이고 있다. 차체 정강성 해석, NVH 해석, 충돌 해석 등 차량의 전반적인 성능을 보기 위한 해석을 할 때 유한요소해석이 수반된다. 차량 데이터 모델을 분할하는 요소가 작으면 작을수록 해석의 정확도는 올라가지만 해석에 소요되는 시간이 오래 걸리므로 적절한 크기로 요소를 선정하는 것이 중요하다. 이렇게 요소로 분할하는 것을 메시 작업이라고 한다. 격자를 메시라고 하고, 메시의 꼭짓점을 절점이라고 하며, 절점으로 연결된 메시 영역이 바로 요소가 된다.

 

  차체 정강성 해석은 차체가 샤시로부터 들어오는 하중에 의해 얼마나 변형되는지를 확인하는 해석으로, 정강성이 좋으면 차량의 노면 추종성이 좋아지며 주행성능이 향상된다. 매시 작업이 완료된 차체 모델에는 각 부품 별 재질 물성이 적용되며, 이렇게 해서 실제 조건에서와 같이 해석을 실시한다. 차체 정강성은 실제로도 평가하게 되는데 이를 통해서 해석과 실측값을 비교하게 된다. 대게 해석과 실측의 차이가 있어 해석 값에서 일정한 계수를 곱해 실측되는 값을 예상하게 된다.