시뮬레이션 결과가 믿을 만하려면 solver보다 먼저 질문이 선명해야 합니다. 같은 CAD라도 어떤 사람이, 어디에서, 어떤 힘과 열을 받으며 쓰는지에 따라 해석 조건은 달라집니다. 그래서 CAE 워크플로는 CAD 업로드가 아니라 제품 브리프에서 시작해야 합니다.
브리프는 마케팅 문서가 아닙니다. 해석 관점에서 보면 브리프는 사용 장면, 제한 조건, 위험 가정, 판단 기준을 물리 입력으로 바꾸기 위한 원본 자료입니다. 이 원본이 흐리면 mesh가 좋아도, solver가 빨라도, 결과 이미지는 결정에 충분히 도움이 되지 않습니다.
1. 제품이 답해야 할 결정을 먼저 적기
처음부터 “구조 해석을 해주세요”라고 시작하면 조건이 흐려집니다. 대신 “이 손잡이가 15kg 하중에서 사용자가 불편할 만큼 휘는가”, “배터리 근처 온도가 30분 연속 사용 중 허용 범위를 넘는가”, “벽에 고정된 브래킷이 반복 하중에서 어디부터 약해지는가”처럼 결정 질문을 먼저 적어야 합니다.
결정 질문은 세 가지를 포함해야 합니다. 첫째, 검토할 부품이나 영역이 명확해야 합니다. 둘째, 하중, 온도, 유량, 시간처럼 계산 가능한 조건이 있어야 합니다. 셋째, 결과를 보고 무엇을 바꿀지 판단할 수 있어야 합니다.
2. 사용 장면을 물리 입력으로 번역하기
사용자가 잡는 위치는 구속 조건이 되고, 떨어뜨리는 높이는 충격 조건이 되며, 실외 사용 여부는 온도와 습도 가정으로 바뀝니다. 브리프는 추상적인 설명을 하중, 방향, 시간, 반복 횟수로 바꾸는 입력 문서입니다.
- “한 손으로 잡는다”: 손가락이 닿는 위치, 누르는 방향, 최대 힘, 반복 횟수로 바뀝니다.
- “차량 내부에서 쓴다”: 고온 조건, 진동, 자외선, 장착 방향이 해석 조건에 들어갑니다.
- “벽에 붙인다”: 나사 위치, 벽체 강성 가정, 체결부 주변 응력 집중을 봐야 합니다.
- “사용자가 떨어뜨릴 수 있다”: 낙하 높이, 충돌 방향, 모서리 접촉, 재료의 충격 특성이 중요해집니다.
3. 반드시 피해야 할 실패 조건 정하기
깨짐, 과도한 변위, 과열, 체결부 풀림, 조립 간섭처럼 피해야 할 상태를 먼저 정하면 결과를 읽기 쉬워집니다. 빨간 영역을 보는 것이 아니라, 제품 결정을 방해하는 실패 모드를 확인하는 것입니다.
예를 들어 플라스틱 클립은 최대 응력 하나만으로 판단하기 어렵습니다. 반복 탈착에서 피로가 문제일 수 있고, 사출 방향 때문에 특정 리브가 약해질 수 있으며, 조립 공차 때문에 실제 접촉 위치가 달라질 수 있습니다. 브리프 단계에서 실패 조건을 적어두면 이런 해석 한계도 함께 관리할 수 있습니다.
4. 재료와 제조 방식을 임시로라도 정하기
초기에는 재료가 확정되지 않은 경우가 많습니다. 그래도 비워두면 해석 조건을 만들 수 없습니다. 이때는 “ABS 후보”, “알루미늄 6061 가정”, “SLS 나일론 시제품”, “최종은 사출 예상”처럼 임시 가정을 명확히 적는 편이 좋습니다.
제조 방식도 결과 해석에 영향을 줍니다. 3D 프린팅은 적층 방향에 따라 강성이 달라지고, 사출은 두께와 리브, 게이트 위치가 중요하며, 판금은 굽힘 반경과 체결부 주변 변형을 봐야 합니다. 브리프가 제조 방식을 포함해야 하는 이유입니다.
5. 해석 범위를 작게 시작하기
처음부터 전체 제품을 해석하려고 하면 시간이 오래 걸리고 조건도 불안정해집니다. 초기에는 가장 불확실한 결정 하나를 좁게 잡는 편이 좋습니다. 손잡이, 힌지, 체결부, 방열핀, 배터리 주변, 모터 마운트처럼 리스크가 큰 영역부터 시작할 수 있습니다.
작게 시작한다는 것은 대충 한다는 뜻이 아닙니다. 오히려 입력과 출력이 선명해집니다. “전체 제품이 안전한가”보다 “이 체결부 주변 두께를 2.0mm에서 2.6mm로 올리면 변위가 의미 있게 줄어드는가”가 더 다루기 쉬운 초기 질문입니다.
6. 결과는 리포트가 아니라 다음 액션으로 끝나야 합니다
해석 결과가 나온 뒤에는 이미지, 최대값, 안전계수만 남기면 부족합니다. 다음 설계 액션이 함께 나와야 합니다. 어떤 영역을 두껍게 할지, 어떤 필렛을 키울지, 어떤 재료 후보를 빼야 할지, 어떤 프로토타입을 만들어 확인할지 정리해야 합니다.
- 조건이 과도하게 보수적이라면 실제 사용 데이터를 더 수집합니다.
- 국부 피크가 의심되면 mesh와 구속 조건을 다시 봅니다.
- 변위가 문제라면 리브, 두께, 하중 경로를 먼저 검토합니다.
- 온도가 문제라면 방열 면적, 재료, 공기 흐름 조건을 비교합니다.
7. Worked example: 벽걸이 센서 브래킷
가상의 제품 브리프를 하나 놓고 실제 해석 조건으로 바꿔보겠습니다. 제품은 620 g의 실내 공기질 센서를 벽에 고정하는 플라스틱 브래킷입니다. 사용자는 제품을 벽에 걸고 분리할 수 있어야 하며, 설치 중 손으로 아래쪽을 누르거나 한 번쯤 떨어뜨릴 수 있습니다. 최종 제품은 사출 ABS 후보이고, 첫 프로토타입은 SLS PA12입니다.
| 브리프 문장 | 해석 입력으로 번역 | 확인할 출력 |
|---|---|---|
| 벽에 고정된 상태로 620 g 센서를 지지한다. | 중량 0.62 kg, 중력 하중 6.1 N, 센서 무게중심이 벽면에서 48 mm 돌출. | 나사 boss 반력, 브래킷 하단 변위, 기본 응력 분포. |
| 사용자가 설치 중 제품 하단을 누를 수 있다. | 하단 lip 중앙에 35 N 수직 하중, 10초 정적 하중으로 1차 screening. | lip 변위 1.5 mm 이하, clip 주변 peak strain 확인. |
| 청소 중 옆으로 밀릴 수 있다. | 측면 방향 20 N 하중, 벽 고정 나사 2개를 washer 면적으로 구속. | 나사 주변 bearing stress, 회전 변위, 벽면 접촉 압력. |
| 한 번 떨어뜨릴 수 있다. | 0.8 m 낙하를 정밀 충격 해석 대신 corner equivalent static 120 N으로 초기 근사. | corner rib 응력, screw boss 균열 후보, 추가 drop test 필요 여부. |
이 표에서 중요한 것은 숫자의 절대 정확도가 아니라 traceability입니다. 35 N 하중이 어디에서 왔는지, 120 N이 왜 보수적인 근사인지, 0.8 m 낙하를 왜 동역학이 아니라 등가 정적 하중으로 먼저 봤는지 남아야 합니다. 이후 실제 drop test를 하면 이 가정을 업데이트할 수 있습니다.
8. 해석 설정 카드 예시
| 항목 | 초기 설정 | 주의점 |
|---|---|---|
| Geometry | bracket_v03.step, screw boss 2개, rib 4개, clip 2개 | 센서 본체는 concentrated mass로 단순화. |
| Material | ABS candidate, E=2.1 GPa, ν=0.35, yield 38 MPa | SLS PA12 시제품과 최종 사출 ABS를 혼동하지 않음. |
| Constraint | M4 washer 접촉 면적 2개 구속 | 나사 구멍 edge를 완전 고정하면 peak stress가 과장됨. |
| Mesh | global 1.8 mm, boss/clip/rib local 0.6 mm | QoI delta 5% 이하까지 boss 주변 mesh refinement. |
| QoI | lip displacement, boss reaction, clip strain, rib stress | 전체 max stress보다 결정과 연결된 지표를 우선. |
이 정도 카드가 있어야 리뷰가 가능합니다. “해석 돌렸더니 빨갛다”가 아니라 “bracket_v03에서 하단 lip 변위가 2.4 mm로 기준 1.5 mm를 넘었고, boss peak는 singularity 가능성이 있으니 반력과 nominal stress를 함께 보자”라고 논의할 수 있습니다.
9. 결과가 설계 액션으로 바뀌는 방식
| 관찰 | 가능한 원인 | 다음 설계 액션 |
|---|---|---|
| 하단 lip 변위 2.4 mm | lip 단면 높이 부족, 하중 경로가 clip으로 직접 전달 | lip 뒤쪽 rib 높이 4 mm → 6 mm, rib 방향을 하중 방향과 정렬. |
| 나사 boss 주변 국부 peak 72 MPa | washer 구속 edge의 singularity 가능성 | peak 대신 washer 평균 bearing stress와 reaction force 확인, fillet R 0.8 → 1.5 mm 비교. |
| 측면 하중에서 회전 변위 큼 | 나사 간 거리 부족 또는 벽면 접촉면 작음 | 나사 pitch 42 mm → 58 mm 후보, 벽면 pad 면적 확대. |
| corner load에서 rib root 응력 반복 | 낙하 방향에 취약한 sharp transition | rib root fillet 추가, corner coupon으로 PA12 출력 후 120 N 정적 시험. |
이런 식으로 브리프는 해석 조건이 되고, 해석 결과는 설계 변경 후보가 됩니다. 여기까지 연결되어야 제품 브리프가 실제 CAE 입력으로 바뀌었다고 말할 수 있습니다.
10. RHXY가 연결하려는 흐름
RHXY Plan은 요구사항, 사용 환경, 부품 후보, 제작 방식을 브리프로 정리하고, RHXY Sim은 그 브리프를 load case, boundary condition, material assumption, report output으로 연결하는 방향을 지향합니다.
핵심은 버튼 하나로 해석을 끝내는 경험이 아닙니다. 팀이 같은 조건을 보고, 같은 리스크를 읽고, 다음 설계 결정을 더 빨리 내리게 만드는 것입니다. 제품 브리프가 정리되면 시뮬레이션은 빠른 계산을 넘어 회의 가능한 증거가 됩니다.