무요소법을 이용한 초탄성 모델의 비틀림 거동 해석

Abstract

본 연구의 목적은 비틀림 거동을 하는 초탄성 모델에 대해 EFG(element free Galerkin)를 이용한 양방향 FSI(fluid structure interaction) 시뮬레이션을 수행하는 것이다. 초탄성 모델의 경우 대변형과 같은 재질의 고유한 특성과 기하학적 거동으로 인해 높은 비선형 특성을 나타내어 제어 및 예측이 매우 어렵다. 또한, 공압으로 거동하는 초탄성 모델은 유체와 구조물 간의 상호작용이 고려되어야 한다. 그러나 기존 논문에서 유한요소법(FEM: finite element method)을 이용한 초탄성 모델 시뮬레이션은 대변형 문제에서 큰 오차가 발생되었다. 따라서 입력되는 공압에 따른 초탄성 모델의 정확한 해석을 위해 무요소법을 이용한 FSI 시뮬레이션이 진행되어야 한다. 본 연구에서는 초탄성 모델 중 하나인 공압 인공근육에 대해 무요소법 중 하나인 EFG를 이용하여 양방향 FSI 시뮬레이션을 진행하였으며, 경계면 처리를 위해 LSM(level set method)을 사용하였다. 그 결과 EFG의 경우 실험과의 오차가 최대 0.83%가 발생한 반면 FEM은 최대 오차가 4.96%가 발생하였다. 이와 같은 결과를 통해 소프트로봇과 같은 대변형, 비선형과 같은 문제에서 EFG가 FEM보다 더 정확하다는 것을 확인하였다. 또한, 노드 수에 따른 시뮬레이션 결과 비교에서 작은 수의 노드에서도 FEM보다 EFG가 더 정확한 결과를 나타냄을 확인하였다.