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Ansys Additive의 DfAM 기술을 적용한 밸브 하우징 개발
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PORTFOLIO
Ansys Additive의 DfAM 기술을 적용한 우주발사체 MOV 밸브 하우징 개발
우주발사체 Main Oxidizer Valve(MOV) 하우징에 DfAM(Design for Additive Manufacturing) 설계를 적용하여 경량화, 구조 성능 향상 및 제조 신뢰성 확보를 수행하였습니다. Ansys Discovery, Ansys Workbench, Ansys Additive를 활용하여 설계 최적화부터 제조 시뮬레이션까지 통합 검증을 수행하였습니다.
PROJECT OVERVIEW
극저온 환경을 위한
MOV 밸브 하우징 개발
MOV(Main Oxidizer Valve)는 우주발사체 엔진의 산화제 공급을 제어하는 핵심 부품으로, 액체산소(LOX)를 사용하는 극저온 환경에서 안정성이 요구됩니다. 본 프로젝트에서는 -183℃ 환경 및 발사체 진동 조건을 고려하여 적층제조 기반의 고신뢰성 밸브 하우징 개발을 수행하였습니다.
DfAM DESIGN
일체화 설계 및
내부 유로 최적화
기존 MOV 하우징은 3개의 부품을 전자빔 용접으로 결합하는 구조였으나, 적층제조 기반 일체형 구조로 변경하여 용접부 누설 가능성을 제거하였습니다. 또한 내부 유로를 유선형 구조로 변경하고, 입구 길이를 단축하여 유동 효율 및 제조성을 개선하였습니다.
TOPOLOGY OPTIMIZATION
위상최적화를 통한
경량화 설계
Ansys Discovery 기반 위상최적화를 수행하여 강성과 1차 고유진동수를 최대화하는 설계를 도출하였습니다. 실제 정하중 및 동하중 조건을 적용하여 최적화를 수행하였으며, 기존 대비 15% 경량화된 바이오닉 구조를 구현하였습니다.
MULTI-PHYSICS ANALYSIS
다물리계 기반
가상 검증 수행
Ansys Workbench를 활용하여 정적 구조해석, Modal 해석, 열-구조 연성해석, Random Vibration 해석을 수행하였습니다. 특히 1차 고유진동수 성능은 기존 대비 약 900% 향상되었으며, TPI(Topology Performance Index)는 기존 대비 1060% 향상된 결과를 확보하였습니다.
ADDITIVE MANUFACTURING
공정 시뮬레이션 기반
제조 안정성 확보
Ansys Additive Print를 활용하여 적층 과정 중 발생 가능한 열변형 및 Recoater 충돌 위험을 예측하였습니다. 초기 시뮬레이션에서는 최대 0.8mm 변형이 예측되었으며, 서포트 구조를 최적화하여 변형을 최소화하였습니다. 최종적으로 빌드 실패 없이 단일 출력으로 제작에 성공하였습니다.
PERFORMANCE RESULT
프로젝트 주요 성과
-15%
질량 감소
위상최적화를 통해 기존 대비 15% 경량화 달성
+900%
고유진동수 성능 향상
구조 강성 향상을 통해 1차 고유진동수 성능 개선
+1060%
TPI 향상
질량 대비 성능 지표(TPI) 기존 대비 1060% 향상
