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다물체 동역학 소프트웨어를 이용한 LCD 패널 랜덤 가진 해석
등록일 2018-08-09 오후 5:40:47 조회수 39
E-mail msjang@seinens.com  이름 관리자

 

일반적으로 TV LCD 패널 배면 Sheet (편광필름) 대한 포장 상태 진동시험 Sheet 상호간 접촉에 의해 마모가 발생하게 되며 이것은 결국 제품의 불량으로 이어지게 된다. 배면 Sheet 간의 Gap 매우 작고 TV 프레임 내에 세로로 세워진 상태에서 진동시험 Sheet 상대 운동 접촉이 발생하게 된다. 이러한 Sheet 진동시험에 대한 해석적인 접근 방법으로 지금까지는 주로 유한요소 기반의 Full-flex 해석이 사용되어 왔으나 해석 시간 과다 소요로 인한 문제점이 지속적으로 제기되어 왔었다. 블로그에서는 이러한 해석 시간 과다 소요 문제를 해결하기 위해 다물체 동역학 소프트웨어인 Simpack 이용하여 모달 기반의 유연체 Contact 이용한 LCD 패널 랜덤 가진 해석 환경에 대해 소개하고자 한다.
 
먼저 블로그에서 다루게 해석 모델에 대해 살펴보기로 한다. 모델은 LCD 패널 접촉 구현을 위한 최소 구성 요소인 Sheet Box 로만 이루어져 있으며, Sheet 모달 기반의 유연체로 되어 있다.

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그림 1. 해석 모델

 상세 해석조건은 다음과 같다.
 
Box Sheet 3장을 세로로 세운 상태에서 Box 하단을 Random 가진
Box : Rigid body
Sheets 3 : Flexible body ( generated from Abaqus )
    . Thickness : 1mm / 1mm / 2mm ( Sheet
Gap : 0.5mm )
    . Density : 1,180 kg/m3
    . Young’s Modulus : 2,274 Mpa
    . Poisson’s Ratio : 0.38
Friction Coefficient : 0.3
Total Simulation Time : 1 sec
 
Simpack 유연체 생성
 
 Abaqus Input deck ( *.inp )
해석 결과 ( *.sim ) 이용하여 Simpack 유연체 모델 ( *.fbi, flexible body input ) 생성하게 된다.
 

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그림 2. Simpack 유연체 생성

 이렇게 해서 생성된 유연체 모델에 대해 사용자는 원하는 주파수 대역을 선택함으로써 원하는 고유모드 (Eigen mode)만을 해석에 포함시킬 수가 있다. 모델에서는 0.01 Hz 이상 20개까지의 고유모드를 해석에 포함시켰다. 또한 아래 그림에서 있듯이 Sheet 경우 11 고유모드와 22 고유모드가 Sheet 접촉과 밀접한 관련이 있는 것으로 판단된다.

https://postfiles.pstatic.net/MjAxNzA5MDNfMiAg/MDAxNTA0NDM4MDQ1NjE5.QzNxdyvbWEycKFlWaRqsrxn_Yu65kQsvd8B-5VPSljAg.gdHRNPWJI6InTYW6uYPNqgI6UWT1lSjHvCfECa7Z7l8g.PNG.3dskorea/%EA%B7%B8%EB%A6%BC_03.png?type=w773

그림 3. Sheet 고유모드 (11th)

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그림 4. Sheet 고유모드 (22nd)

 유연체 접촉 모델링
 
 
이제부터는 모델링 상세로 들어가 보기로 한다. 우선 유연체 접촉 모델링은 다음과 같다. Simpack 에서는 유연체 접촉 모델을 구현하기 위해 Polygonal Contact Method (PCM) 하는 Force Element 사용하고 있는데, 방식은 유연체 표면의 모든 메쉬를 삼각형 요소로 변환하여 삼각형 요소들 간의 Penetration 감지하여 Contact Force 인가하는 방식이 된다. 블로그에서는 그림에서 볼수 있듯이 Sheet 접촉 Sheet Box 접촉 구현에 바로 Polygonal Contact Method 사용하고 있다.

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그림 5. Polygonal Contact Method (Between Sheets)

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그림 6. Polygonal Contact Method (Sheet to Box)

  Polygonal Contact Method 에서는 그림에서와 같이 기본적으로 먼저 접촉을 하는 유연체를 선택하게 되며, 접촉 Normal 방향을 선택하게 된다. 또한 Contact Force 계산을 위해 유연체별로 Young’s modulus, Poisson’s ratio Layer depth 등을 입력하게 된다. 그리고 마찰계수, Friction Regularization Velocity Max. Penetration 등을 입력하게 되며, 마지막으로 연산속도 향상을 위해 전체 유연체 노드 접촉에 관여하는 Node Set 입력하면 모든 설정이 완료가 된다.

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그림 7. Polygonal Contact Method 설정

PSD Random Excitation
 
 Box 하단부에서의 랜덤 가진 조건 구현을 위해 아래와 같이 가진 환경을 구현하였다. 구체적으로 Simpack 에서 기본적으로 제공하는 가진 요소인 Stochastic from PSD 타입을 사용하였으며, Max. Amplitude 실제 시험환경과 유사한 5mm 수준으로 설정하였다. 여기서 Max. Amplitude 값은 PSD (Power Spectral Density ) 파라미터 튜닝을 통해 원하는 값으로의 조정이 가능하다.

https://postfiles.pstatic.net/MjAxNzA5MDNfMjg4/MDAxNTA0NDM4MzM4Njc1.Kb-e6TZPLPoxIcQ97AvnkmKzl3ocTTIgJ6rGvkITiwEg.AA5jMWeV1UEGRbEDlUymlyuqv3SaUzOvRXegYLmh0BIg.PNG.3dskorea/%EA%B7%B8%EB%A6%BC_08.png?type=w773

그림 8. Box 하단부 Random 가진