이맥테크 - 3DEXPERIENCE 플랫폼 및 CST Studio suite 제품군을 사용한 Quadrupole Magnet의 최적화

[문서] 3DEXPERIENCE 플랫폼 및 CST Studio suite 제품군을 사용한 Quadrupole Magnet의 최적화 관리자 | 2024.03.18 | 조회 156 첨부파일 :

Magnet 설계는 물리학의 여러 분야를 포괄하며, Magnet 설계를 위한 통합 모델은 Magnet 개발 프로세스를 가속화하고 간소화하는 데 많은 이점을 제공합니다. 이 자료에 소개된 워크플로우를 통해 Quadrupole Magnet을 CATIA로 설계하고 SIMULIA CST Studio Suite로 시뮬레이션한 후 Process Composer로 최적화할 수 있었습니다. 이 워크플로우는 하나의 공통 환경인 3DEXPERIENCE 플랫폼에서 모두 수행되었습니다.

소개

엔지니어들은 오랫동안 Magnet 설계를 위한 단일 통합 모델에 대한 개념을 모색해 왔습니다. 의미 있는 Virtual twin 모델은 장치의 전자기, 열 및 구조적 성능을 시뮬레이션하는 기능을 구현할 뿐만 아니라 전체 기하학적, 재료 및 제조 정보를 유지해야 합니다. Virtual twin은 설계 변경에 대응할 수 있어야 하며, 설계 변경의 효과를 포착하기 위해 어떤 시뮬레이션을 반복해야 하는지 식별할 수 있어야 합니다. 최소한 가상 프로토타입의 이전 버전에서 시뮬레이션 결과가 생성된 경우 이를 확실하게 식별할 수 있어야 합니다. 여러 물리 영역의 입력을 고려하여 설계를 최적화하는 기능도 가장 중요합니다.

이 자료에서는 기계 설계자 역할, 전자기 시뮬레이션 툴인 CST Studio Suite® 및 Opera®, Process Composer에서 제공하는 최적화 기능을 사용하여 3DEXPERIENCE 플랫폼을 CAD와 결합하는 방법을 소개합니다. 이 연결된 워크플로우에서 전자기 Quadrupole Magnet의 pole 프로파일은 기계 설계자 역할을 사용하여 설계되고 파라미터화되었습니다. 그런 다음 파라미터화된 설계를 최적화를 위한 기초로 사용하고 3DEXPERIENCE 플랫폼을 통해 물리 결과를 시각화했습니다.

설계

먼저 3DEXPERIENCE 플랫폼의 CATIA 앱 파트 디자인을 사용하여 Magnet의 single pole을 모델링했습니다. pole은 완전히 파라미터화되었으며, 특히 다음 최적화의 초점이 될 pole 팁이 가장 중요했습니다.

텍스트, 스크린샷, 폰트, 소프트웨어이(가) 표시된 사진자동 생성된 설명 — 그림 1: CATIA 파트 디자인 앱에서 Magnet pole을 설계하는 모습

시뮬레이션

3DEXPERIENCE 플랫폼을 사용하여 부품을 CST Studio Suite로 import했습니다. 대칭을 사용하여 나머지 Quadrupole를 생성했습니다. 코일, 메시, 경계 조건 및 해석 옵션이 추가되었습니다. M-static solver를 실행하고 후처리 조건을 정의했습니다.

텍스트, 스크린샷, 도표, 폰트이(가) 표시된 사진자동 생성된 설명 — 그림 2. Quadrupole자 Magnet의 전자기 시뮬레이션 설정 및 풀이

최적화

최적화 프로세스 컴포저는 매개변수화된 CATIA 지오메트리로 구동되는 CST Studio Suite를 사용하여 최적화 프로세스를 구축하는 데 사용되었습니다. 최적화를 위한 목표 설정에는 CST Studio Suite 모델의 출력이 사용되었습니다.

텍스트, 스크린샷, 소프트웨어, 디스플레이이(가) 표시된 사진자동 생성된 설명 — 그림 3: 프로세스 컴포저의 최적화 설정

후처리

퍼포먼스 스튜디오는 최적화 결과의 초기 경량 포스트 프로세싱을 수행하는 데 사용되었습니다. 초기 결과에서 후보 지오메트리를 선택했습니다.

후보 지오메트리

후보 지오메트리의 CAD 업데이트가 CST Studio Suite에서 자동으로 수행되고 결과 모델이 다시 시뮬레이션되었습니다. 이 모델은 모든 관련 기준에서 초기 모델보다 우수한 성능을 보였습니다.

후속 기계적 평가를 위해 폴과 코일에 발생하는 힘을 계산했습니다. 코일 변위에 대한 초기 계산이 이루어졌습니다.

텍스트, 스크린샷, 소프트웨어, 멀티미디어 소프트웨어이(가) 표시된 사진자동 생성된 설명 — 그림 5: 최적화된 설계 검증 및 구조적 성능 계산

추가 작업

이 분석의 다음 단계는 다중 물리 분석을 확장하는 것입니다. 전자기 시뮬레이션의 힘은 3DEXPERIENCE 플랫폼에서 Abaqus 역할을 사용하여 구조 시뮬레이션을 구동하는 데 사용할 수 있습니다. 그런 다음 이러한 모델을 최적화 루프에 추가하여 전체 다중 물리 시뮬레이션을 수행할 수 있습니다.

결론

Magnet 설계는 물리학의 여러 분야를 포괄하며, Magnet 설계를 위한 통합 모델은 Magnet 개발 프로세스를 가속화하고 간소화하는 데 많은 이점을 가져다 줍니다. 이 자료에 소개된 워크플로우를 통해 Quadrupole Magnet을 CATIA로 설계하고 SIMULIA CST Studio Suite로 시뮬레이션한 후 Process Composer로 최적화할 수 있었습니다. 이 워크플로우는 하나의 공통 환경인 3DEXPERIENCE 플랫폼에서 모두 수행되었습니다.

이 접근 방식은 설계 시간을 단축하고 최적의 Magnet 성능을 보장합니다. 또한 Magnet의 전자기, 열 및 구조적 기계적 특성과 이들 간의 상호 작용을 동시에 고려하여 Magnet 해석에 대한 다중 물리학 접근 방식을 사용할 수 있습니다.

관련하여 보다 자세한 내용은 아래 Webinar를 통해 확인 가능합니다.

Optimization of Quadrupole Magnet with 3DExperience Platform and CST Studio Suite | Dassault Systèmes® (3ds.com)

본 자료는 다쏘시스템의 자료로 자세한 내용은 아래 원본 링크를 통해 확인해 보시길 바랍니다.

출처 : https://blog.3ds.com/brands/simulia/optimization-of-a-quadrupole-magnet/ (Ben Pine, Optimization of a Quadrupole Magnet with the 3DEXPERIENCE Platform and CST Studio Suite)