CastDesigner CDCA - 조직화 정밀해석

CastDesigner Celluar Automation 모듈 - 미세조직 정밀해석에 대해서 알아봅니다.


C3P Software 의 Cast-Designer 는 주조/다이캐스팅 전문 통합 분석 솔루션입니다.

대표적인 기능으로

  1. DFM 제품 분석 (열집중 분석, 모델링 분석)

  2. 주조방안설계 (Free-Design)

  3. 캐스팅 해석 (유동-고화)

  4. 가스, 수축 기포 예측

  5. GA 방안설계 파라미터 최적화, 양산 공정 최적화

  6. 재질 혼합비 계산. 견적 기능.

등이 지원됩니다.


본 글에서는 새로 추가된 기능 중 하나인 CDCA 에 대해서 이야기 합니다.


일반적인 캐스팅/주조해석과 CPI 기능은 제품 모델 크기를 기준으로 유동/고화/응력 해석을 수행합니다. 이 때 하나의 계산단위인 요소/격자 크기는 유체역학 방적식의 단위가 됩니다.


하지만, 주조/캐스팅에 사용된 재질의 미세 조직 특성을 반영하지 못합니다.



주조에 사용되는 합금강은 응고가 될 때, 조직이 생성되고 확산되는 단계를 보입니다.

이 단계에서 조직 사이의 미세기공이 생성되며 불규칙하게 분산되고, 금형강과의 반응을 일으키기도 합니다.

이것을 분석하는 방법이 미세조직 분석 기법입니다.


CDCA (CastDesigner Celluar Automation) 모델은 확산 방정식의 유한 차분 솔루션과 결합된 세포 자동 성장 모델입니다.


CDCA 는 Celluar 단위의 정밀해석을 수행하고 응고과정에서 발생하는 물리적 현상을 아래와같이 예측합니다.

- 기공의 핵 생성

- 확률적 핵 생성

- 확산 제어 성장

- 미세 가스 문제

- 제품 단위 모델과의 연계 해석


조금 어렵게 이야기 하면, CA 는 공간, 시간 및 변수 값들이 격자 및 로컬의 모든 site 들에서 이산되는 동적 시스템을 설명하는 알고리즘 입니다.


좀 더 쉽게, 그림으로 확인하시면, 아래그림과 같은 무질서한 조직화를 예측하는 기능입니다.


경쟁적 성장 메커니즘을 적용하여 Ni (니켈) 베이스의 초합금강의 방향성 응고과정에서 축 배향도를 계산한 그림.



이 계산을 기반으로 미세 기포에 대한 예측이 가능합니다.

미세 기공의 다공성과 금속간 입자, 산화막 같은 주조결함은 반복되는 하중의 피로거동에 취약합니다.


CDCA 는 미세기공의 형상을 3차원으로 나타내어 모양, 크기, 분포 를 확인할 수 있습니다.



미세기공의 성장은 수소의 확산, 수축 및 팽창하는 기공과 주변 수상돌기의 상호 작용에 따라 달라집니다. 다공성의 형태를 예측할 때는 고체상에 의한 제한을 고려해야 합니다.



CDCA 이론은 특히 재료데이터의 경우 매우 복잡하고 많은 변수들로 구성되어 있습니다.

사용자 편의성을 위해 템플릿 설계가 가능하여 비슷한 과제를 기반으로 수정 분석하시길 권장합니다.

재료 데이터는 미세 구조 해석이 핵심인 데이터 입니다.

참고 항목이 매우 제한된 항목이며, 사용자는 분석전에 CDCA 자료를 주의하여 연구해야 합니다.



매크로 모델/ 제품 모델 크기와의 연계 해석이 가능합니다.

고화 해석 데이터를 기반으로 CDCA 분석할 영역을 설정하고 좀더 세밀한 조직 해석을 수행합니다.



사형주조와 금형강 몰드의 결과비교.

제품해석과 연계한 결과값으로 냉각율의 차이가 결정화 분포의 차이로 나타남을 알 수 있다.


이처럼 CA 는 연구단위나 마이크로 단위의 정밀 해석을 지원하는 솔루션입니다.

CDCA 를 활용해 마이크로 단위의 분석을 수행해 보세요.


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