컴퓨터 소프트웨어를 이용해 제품 설계, 제조 및 공정 설계를 가상으로 시뮬레이션하고 평가하는 기술
| 구분 | CAD | CAE |
| 정의 | 제품 구조를 설계·제도·모델링하기 위한 설계 기술 | 설계된 모델을 해석·검증·최적화 위한 공학 기술 |
| 목적 | 제품 설계 및 제작 도면 작성 | 설계된 모델의 성능, 강도, 열, 유동 등 공학적 검증 |
| 핵심 기능 | 2D/3D 모델링, 조립, 제도, 설계 변경 | 구조해석(FEA), 유동해석(CFD), 진동 분석 |
| 주요 결과물 | 도면, 3D 모델, 어셈블리 구조 | 해석 리포트, 응력·변형 데이터, 설계 개선안 |
| 활용 단계 | 제품 개발의 초기 설계 단계 | 제품 개발의 후기 검증 및 최적화 단계 |
| 대표 도구 | AutoCAD, SolidWorks, Inventor | ANSYS, Abaqus, COMSOL, Nastran, Fluent |
🔬 CAE 중심 프로세스
CAD 모델 불러오기 → 해석 메쉬 생성 → 물성치 입력 → 경계조건 설정 → 해석(Simulation) → 결과 분석 → 설계 보완
핵심:
CAD 모델이 실제 조건에서 얼마나 버티는지, 열·하중·유동 환경에서 성능이 적합한지 검증하는 것이 목표.
프로세스 상세:
- CAD 모델 불러오기: 보통 STEP(.stp), IGES(.igs) 등 중립 파일 포맷
- 해석 메쉬 생성 : CAD 도면 전체 객체를 여러 개의 작은 단위인 요소(element)와 절점(node)으로 나눈 메시로 만드는 작업
- 물성치 입력 : 메시의 각 요소에 적용되는 재료의 물리적 속성
- 경계 조건 설정 : 해석에서 구조물이 실제 환경에서 어떤 외부 영향,힘(하중조건)을 받고, 어떻게 "고정"(구속조건), "움직임이 제한"되는지를 정의
- Simulation: 메쉬, 물성, 경계조건을 기반으로 유한요소법(FEM), 유체역학(CFD), 열해석(THermal Analysis) 등의 수치 해석 기법을 이용해 해석 결과를 도출
- 분석 및 보완 : 결과를 분석하는 단계
물성치 요소
- 탄성계수 (Modulus of Elasticity) - 재료가 늘어나거나 줄어들 때 저항하는 정도
- 포아송비 (Poisson's Ratio) - 재료가 늘어날 때 가로로 줄어드는 비율
- 밀도 (Density) - 단위 부피당 질량
- 열전도율 (Thermal Conductivity) - 열이 재료를 통해 전달되는 속도
- 비열 (Specific Heat) - 온도를 1도 올리는데 필요한 에너지
- 열팽창계수 (Thermal Expansion Coefficient) - 온도 변화에 따른 재료 길이 변화율
- 하중 조건 (Load Condition)
- 해석 대상 구조물에 가해지는 외부 힘이나 자극입니다.
- 형태: 외력 (힘, 모멘트), 압력, 온도, 가속도 등 다양합니다.
- 예시: 바람의 압력, 자동차가 받는 충격
- 역할: 구조물이 하중을 받아 어떻게 반응하는지(변형, 응력 등)를 계산하기 위한 입력값입니다.
- 구속 조건 (Constraint Condition)
- 구조물의 자유도를 제한하는 조건입니다.
- 주로 변위(이동이나 회전)를 특정 방향으로 고정하거나 제어합니다.
- 예시: 벽에 고정된 부위(완전 고정), 슬라이드처럼 한 방향으로만 이동 가능, 대칭성을 이용한 움직임 제한
- 역할: 해석 모델이 물리적으로 실제와 유사하게 "움직임"을 재현하도록 만들어 줍니다