• kiarar9

입자 거동 시뮬레이션 Rocky 4.1 Release

안녕하세요.

Rocky 4.1이 Release 되었습니다.

오늘은 새로워진 Rocky 4.1의 기능을 소개해드리도록 하겠습니다.

Rocky 4.1 update 내용은 크게 3가지로 분류할 수 있습니다.

1. Physics ▶ Fiber Particle - Bonded Sphero-cylinder ▶ New Contact Model ▶ New Breakage Model

2. Performance ▶ Improved concave particle simulation

3. Ansys Integration ▶ Mechanical Coupling : Transient Loads ▶ Fluent Coupling : Multiple Domain & Distributed Simulation

1. Physics


▶ Fiber Particles - Bonded Sphero-Cylinder

Rocky4가 Release 되면서 새로운 입자 타입인 Meshed Particle을 사용할 수 있게 되었습니다. 이는 입자가 Flexible 하게 움직이는 현상을 구현한 것입니다. 아래 그림과 같이 긴 원동형 입자가 자유 낙하 시 발생하는 입자 변형을 모사 할 수 있습니다.


Rocky4.1에서는 보다 업그레이드 되어 아래 그림과 같이 Sphero-Cylinder를 결합한 형태의 Flexible 입자를 사용할 수 있습니다.


이러한 Fiber Particle을 이용하면 아래 그림과 같이 압축 해석 등에서 사용이 가능합니다.


▶ New Contact Model


Rocky4.1에서는 DEM 프로그램에서 많이 사용하는 Hertz Theory를 기반으로 한 모델을 사용할 수 있습니다. 추가되는 Model을 아래와 같습니다. - Normal Force : Hertzian Spring Dashpot model - Tangential Force : Mindlin-Deresiewicz model - Adhesive Force : Hertzian Spring Dashpot with JKR Cohesion model


▶ New Breakage Model


기존 Rocky4의 입자 파손은 AB-T10 모델을 사용하여 입자가 일정 힘 이상을 받을 경우 내부에 입자 파손 시드가 발생하여 파손이 일어나는 현상을 예측할 수 있었습니다. Rocky4.1에서는 새로운 Tavares 모델이 생겼습니다. Tavares 모델은 입자에 작은 응력을 가진 충돌이 반복적으로 발생하여 힘이 집중될 때 발생하는 입자의 파손을 예측 할 수 있습니다. 아래 그림은 Tabares 모델의 파손 현상을 그림으로 나타내었습니다.



2. Performance


▶ Improved concave particle simulation


일반적으로 구형입자가 아닌 Concave 입자의 경우 해석이 매우 어렵습니다. 현실적이 입자 모양을 구현하기 때문에 매우 복잡한 형상을 가지며, 따라서 많은 Contact을 계산하기 때문에 해석시간이 오래 걸리는 단점이 있습니다. Rocky4.1에서는 입자사이의 접촉이 많아지는 Concave 입자의 해석 속도를 크게 향상하였습니다. 또한 메모리 사용량을 크게 감소시켜 보다 많은 입자를 이용한 해석에도 적합할 수 있게 업데이트 되었습니다.


위 그림 같은 Concave 형상 입자를 이용한 벤치마크 테스트 결과 해석속도는 약 10배 정도 향상 시켰으며 메모리 사용량을 약 10배정도 감소시켰습니다. 아래 그림은 해석 속도 및 메모리 사용량을 비교한 그림입니다. 



3. Ansys Integration


▶ Improved concave particle simulation


Rocky-Ansys Mechanical 연성해석의 경우 이전 버전까지는 Static Structural과 연성 해석이 가능하기 때문에 최종 시간이나 특정 시간에 발생한 입자의 하중이나 압력을 고려하여 구조 해석과 연성해석을 진행할 수 있었습니다. Rocky4.1에서는 아래 그림과 같이 Transient Structural과 연결하여 연성해석을 진행 할 수 있습니다.

만약 형상의 움직임이 있을 경우 Rocky는 실제 위치부터 초기 위치까지의 이동과 회전 하중을 계산하고, 구조에서는 요소에 components로 각 시간에 따른 위치 별 하중을 매핑합니다. 아래 그림은 Rocky - Transient Structural 연성해석 예로 Bucket excavator가 회전하면서 입자를 담을 때 발생하는 하중에 따른 구조해석을 한 예입니다. 시간 변화에 따른 구조물에 걸리는 응력 변화를 확인할 수 있습니다.



▶ Fluent Coupling : Multiple Domain & Distributed Simulation


1. Rocky4.1부터 Multiple Domain을 사용할 수 있게 되었습니다. Rocky - Ansys Fluent 연성해석 시 Ansys Fluent는 하나의 Domain을 가진 경우 즉 Cell Zone이 한 개여야만 연성해석이 가능하였습니다. 그로 인해 회전체 해석(Mixing)시 회전 영역과 비회전영역을 분리하여 해석하는 방법을 사용할 수 없었습니다. Rocky4.1에서는 이러한 문제를 보안하여 Multiple Domain을 사용할 수 있게 되었습니다. 그로 인해 회전영역과 비회전영역을 구분하여 Cell zone을 만든 Ansys Fluent Case와 Rocky의 연성해석을 할 수 있게 되어 보다 많은 분야에서 활용 할 수 있게 되었습니다. 아래 그림은 입자에 열풍을 가할 때 시간에 따른 입자의 온도 변화를 Ansys Fluent와 연성해석을 통해 해석한 예입니다.



2. Ansys Fluent Parallel 해석을 여러 대의 컴퓨터를 이용해 할 수 있게 되었습니다. 기존에는 한대의 컴퓨터 안에서 Rocky는 GPU를 사용하고 Ansys Fluent는 CPU를 사용하여 해석을 진행하기 때문에 Ansys Fluent의 격자가 많을 경우 해석이 오래 걸리는 단점이 있었습니다. 그러나 이제 Ansys Fluent 해석 시 여러 대의 컴퓨터를 이용한 해석이 가능하기 때문에 해석 속도를 비약적으로 향상시킬 수 있게 되었습니다. 아래 그림은 Rocky - Ansys Fluent Parallel 연성해석에 대한 개략도 및 설정방법에 대한 그림입니다.


본 자료는 태성에스엔이 ANZINE vol.45를 참고하였습니다.


#RockyDEM #입자 #DEM #Particle #Rocky4.1

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