EHD (Elasto-HydroDynamic) 유체의 윤활 특성 분석 툴킷

EHD 란..?

• 유체 윤활 (Hydrodynamic Lubrication)
  • 서로 접해 있는 두 물체의 틈에 적절한 윤활유를 공급하여 얇은 유체막을 형성한다. 이 유체막은 두 물체가 직접 접촉하지 않도록 분리하여 마찰을 줄이고, 결과적으로 표면 마모를 방지한다.
  • 하지만 유체 윤활이 항상 완벽히 작동하는 것은 아니며, 윤활유의 점도가 낮거나 상대 속도가 충분하지 않아서 유체막이 제대로 형성되지 않아 마찰과 마모가 발생할 수 있다.

 

• EHD 툴킷
  • 시스템의 동역학적 거동에 대하여 탄성 유체의 윤활 특성을 예측하기 위한 3차원 해석 툴킷이다.
  • 베어링-저널의 고속 회전운동, 피스톤-실린더의 고속 병진운동에서 접촉면에 대한 윤활효과를 정의하고, 윤활막의 두께 및 압력변화 예측으로 윤활 최적화가 가능하다.

1. Rotational Lubrication 2. Piston Lubrication

 

 

EHD 툴킷

• Rotational Lubrication (EHD Bearing)
  • 저널 베어링의 고속 회전 운동 시, 베어링과 저널 사이의 접촉면에 대한 유체 윤활 해석을 지원한다.
  • 오일 Hole과 Groove 효과를 고려할 수 있다.
  • Volume flow rate 결과를 통해 축방향으로 유입, 유출 되는 유량 확인이 가능하다.

• Piston Lubrication
  • 피스톤의 고속 병진 운동 시, 피스톤과 실린더 사이의 접촉면에 대한 유체 윤활 해석을 지원한다.
  • 고속 운동시 발생되는 피스톤의 Tilting에 대한 유체 윤활막의 압력 및 두께 변화 확인 가능하다.

 

• MFBD와 EHD간의 인터페이스
  • MFBD 솔버는 시스템의 동역학을 수행하여 위치와 속도 데이터 및 힘, 토크, 압력, 두께 정보를 EHD솔버로 전달합니다.
  • EHD 솔버는 MFBD 솔버에서 계산된 데이터를 기반으로 윤활 상태(압력 및 두께)를 분석합니다. 

 

 

 

피스톤 윤활 모델링 과정

• 피스톤과 실린더에 대한  RFLEX 바디 생성
  • RFLEX 바디: 변형에 대한 모드 형상이 포함된 RFLEX바디를 준비한다.
  • PatchSet: EHD 영역을 정의하기 위해 RFLEX 바디에 PatchSet 생성한다.

 

• 피스톤 윤활 (Piston Lubrication) 생성
  1. PistonLub 선택한다.
  2. 생성 옵션을 선택한다.
  3. 실린더 바디를 선택한다. [Base Body]
  4. 실린더에 Base Marker가 생성될 위치를 선택한다.
  5. 피스톤 바디를 선택한다. [Action Body]
  6. 피스톤에 Action Marker가 생성될 위치를 선택한다.

 

 

• 피스톤 윤활 관련 속성 설정
  1. Geomery Dimentions
     • Piston Diameter
     • Piston Height
     • Cylinder Diameter
     • Cylinder Height
       

       

  2. RFLEX
     • Piston.PatchSet
     • Cylinder.PatchSet
  3. Adjust Node Position Option
     • RFlex Body의 경우, 메시 품질에 따라 노드의 위치가 달라질 수 있으므로, 정확한 EHD결과를 위해서는 반드시 ‘nominal radius’를 고려하여 노드의 위치를 조정하는 옵션을 사용해야 한다.
       
       
       

       

  4. Oil Properties
     • Dynamic Viscosity
     • Pressure-Viscosity Coefficient
       

       

       
       

       

       
       

       

       
       
       
  5. Asperity Contact Properties
     • Roughness
     • Composite Elastic Modulus
     • Elastic Factor
     • Friction Coefficient
       

       

       

       
       
       
  6. Mesh Grid Setting
     • Circumference Node No.: 둘레 방향 노드 개수
     • Axial Node No.: 축방향 노드 개수
  7. Oil Hole & Groove Effects Setting
     • Mesh Grid Circumference & Axial Node No.
     • Pressure
       

       

       

       
       
       
  8. Film Thickness: 경계조건으로 사용될 막의 두께
     • Height Length
     • Reference Marker
     • Number of Height
     • Thickness (Height, Thickness)
     • Up/Down Storke Signal
     • 사용자가 정의한 막의 두께 (film thickness)는 up stroke와 down stroke 에 따라 달리 정의할 수 있음.
     • 이 때, 사전에 설정한 expression을 통해 up/down 상태를 판별하게 됨
     • Negative value(-) à Down-Stroke User Oil Film
     • Positive value(+) à Up-Stroke User Oil Film
       

       

  9. Output Point for Clearance: 동작 중에 사용자가 지정한 피스톤 상의 지점과 실런더 사이의 틈새 크기를 출력
     • Height
     • Angle
     • Reference Marker
       

       

       
       
       
  10. Contour 설정
      • Contour Type
        • Projection
        • 3D Surface
      • Pressure Type
        • Asperity
        • Hydrodynamic + Asperity
        • Hydrodynamic
      • Min/Max Option
        • Cut Off Pressure
      • Color Option 

 

 

• EHD 결과 확인