ANSYS Mechanical

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구조해석 소프트웨어 시뮬레이션 마지막 수정: 2026-07-17 04:22:47
상위 문서: 구조해석

1. 개요[편집]

ANSYS Mechanical
앤시스 메카니컬
개발Ansys, Inc. (현 Synopsys 산하)
기원1970년 Swanson Analysis Systems
분야구조해석, 열전달, 다물리
기법유한요소법 (음해 중심)
인터페이스Workbench Mechanical / Mechanical APDL
경쟁 제품Abaqus, NASTRAN

ANSYS Mechanical은 Ansys, Inc.가 개발한 유한요소법 기반 상용 구조해석 소프트웨어로, 선형 정적해석부터 비선형·접촉·동적·열-구조 연성까지 기계공학 해석의 표준 메뉴를 사실상 전부 담고 있다. Abaqus, NASTRAN과 함께 구조해석 상용 코드 3대장으로 묶이며, 특히 설치 대수 기준으로는 이 바닥에서 가장 흔하게 마주치는 이름이다.1

ANSYS Fluent가 유체를 담당한다면 Mechanical은 고체를 담당한다. 두 제품이 같은 Workbench 프로젝트 스키매틱 안에서 선으로 연결되는 순간 유체-구조 연성 해석이 되고, 그 선 하나 긋는 경험이 Ansys가 팔아온 핵심 상품이기도 하다.

2. 역사[편집]

  • 1970년 — 웨스팅하우스 출신 엔지니어 존 스완슨(John Swanson)이 펜실베이니아 자택 창고에서 Swanson Analysis Systems, Inc.(SASI)를 설립하고, 원자력 부품의 열-구조 해석을 위한 코드를 만든다. 이름이 ANSYS다. 초기에는 천공 카드로 돌아갔다.
  • 1994년 — SASI가 투자사에 인수되고 사명이 ANSYS, Inc.로 바뀐다. 1996년 나스닥 상장.
  • 2000년대 — CFX(2003), Fluent(2006), Ansoft(HFSS, 2008) 등을 연달아 인수하며 “다물리 백화점”으로 변신한다. Workbench가 등장해 명령어(APDL) 중심이던 사용 방식을 GUI로 갈아엎는다.
  • 2019년 — LS-DYNA를 만든 LSTC를 인수. 명시적 동해석 라인업이 채워진다.
  • 2025년 — Synopsys가 Ansys 인수를 마무리하며, EDA 대기업 산하로 편입된다.

3. Workbench vs APDL — 두 얼굴[편집]

ANSYS Mechanical을 쓴다는 말은 실은 두 개의 다른 물건 중 하나를 가리킨다.

Mechanical APDL(속칭 클래식)은 ANSYS Parametric Design Language라는 자체 스크립트 언어로 노드와 요소를 직접 찍어 만드는 원본 인터페이스다. /PREP7, ET, NSEL, SOLVE 같은 명령을 텍스트로 나열하는 방식이라 진입 장벽은 높지만, 파라메트릭 스터디와 자동화에서는 여전히 무적이다.

Workbench Mechanical은 CAD 형상을 불러와 트리 구조 GUI에서 클릭으로 해석을 구성하는 현대적 프론트엔드다. 다만 내부적으로는 결국 APDL 입력 파일을 뽑아 같은 솔버에 던진다. 그래서 Workbench로는 안 되는 기능이 필요할 때 트리에 Command (APDL) 객체를 꽂아 넣는, 이른바 “GUI 안에 스크립트 숨겨두기” 신공이 널리 쓰인다.2

4. 요소와 솔버[편집]

Ansys의 요소는 다섯 자리 이내의 이름으로 불린다. 실무에서 90%를 차지하는 애들만 추리면 이렇다.

요소종류비고
SOLID186 / SOLID1873D 육면체 / 사면체2차 요소. 범용 고체의 국룰
SHELL1814절점 셸판금·판과 셸 이론
BEAM1882절점 빔티모셴코 보 이론 기반
CONTA174 / TARGE170접촉 / 표적접촉 해석 짝꿍
MPC184다점 구속강체 링크, 조인트

대부분의 고체 요소는 등매개변수 요소 정식화를 따르며, 비압축성에 가까운 재료(초탄성 재료 모델 등)에서는 체적 잠김(volumetric locking)을 피하려고 혼합 u-P 정식화를 켠다.

방정식 Ku=F\mathbf{K}\mathbf{u} = \mathbf{F}를 푸는 선형 솔버는 크게 두 갈래다.

  • Sparse Direct — 희소행렬 정면 돌파. 강건하지만 메모리를 갈아 넣는다. 기본값.
  • PCG / JCG — 전처리된 크리로프 부분공간법. 큰 모델에서 메모리가 절약되지만, 조건수가 나쁜 문제(껍데기 얇은 셸, 심한 접촉)에서는 수렴이 신에게 맡겨진다.

모드 해석용 고유값 추출은 Block Lanczos, Subspace, Supernode, PCG Lanczos 등이 준비되어 있다.

5. 비선형 해석[편집]

Ansys가 밥값을 하는 지점은 결국 비선형 구조해석이다. 비선형의 원천은 국룰대로 세 가지 — 기하(대변형), 재료(소성·초탄성·크리프), 접촉이다. 이걸 뉴턴-랩슨법으로 잡는다. 잔차

R(u)=Fext−Fint(u)\mathbf{R}(\mathbf{u}) = \mathbf{F}^{\text{ext}} - \mathbf{F}^{\text{int}}(\mathbf{u})

를 0으로 만드는 문제로 놓고, 매 반복마다 접선 강성행렬 KT=∂Fint/∂u\mathbf{K}_T = \partial \mathbf{F}^{\text{int}} / \partial \mathbf{u}를 조립해

KT Δu=R(ui),ui+1=ui+Δu\mathbf{K}_T \, \Delta \mathbf{u} = \mathbf{R}(\mathbf{u}_i), \qquad \mathbf{u}_{i+1} = \mathbf{u}_i + \Delta \mathbf{u}

를 반복한다. 하중을 여러 서브스텝으로 쪼개는 이유는 뉴턴법이 국소 수렴만 보장하기 때문. 좌굴 후 거동처럼 하중-변위 곡선이 뒤로 꺾이는(snap-through) 문제에서는 하중 제어로는 못 넘어가므로 호장법(arc-length method)을 켜야 한다.

접촉은 접촉 해결기에서 증강 라그랑주(augmented Lagrange)가 기본값이며, 순수 페널티, MPC, 순수 라그랑주 중에서 고를 수 있다. 접촉 강성(FKN)을 키우면 관통은 줄지만 조건수가 나빠져서 수렴이 깨지는, 전형적인 시소 게임이 벌어진다.3

6. 해석 유형[편집]

7. 현업에서의 현실[편집]

  • 학생용 라이선스는 노드 수 제한이 있다. 그 제한을 넘기 위해 격자를 성기게 만들다가 결국 응력집중 부위를 놓치는 것이 학부 졸업과제의 전통이다.
  • 특이점의 저주: 날카로운 모서리에 폰 미제스 응력 3000 MPa가 찍혔다면 그건 물리가 아니라 요소가 만들어낸 숫자다. 격자를 줄이면 응력이 발산하는지부터 확인하자.
  • “왜 수렴이 안 되죠?” 질문의 90%는 접촉 아니면 구속 부족(rigid body motion)이다. 나머지 10%는 재료 물성 단위를 mm-t-s로 안 맞춘 죄다.4
  • APDL은 죽지 않는다. GUI가 아무리 예뻐져도, 케이스 200개를 돌려야 하는 날 밤에 당신을 구해주는 건 결국 텍스트 파일이다.

8. 관련 문서[편집]

9. Footnotes[편집]

  1. “가장 많이 팔린다”와 “가장 정확하다”는 별개의 명제다. 항공우주는 NASTRAN, 고무·대변형·복잡한 재료 모델은 Abaqus를 선호하는 관성이 여전히 강하다. 다만 “학교에서 배운 게 이거라서”라는 이유의 파괴력은 어떤 벤치마크보다 강력하다. ↩

  2. 이 문화 때문에 Ansys 고인물의 실력은 “Command 객체 안에 뭘 넣을 줄 아는가”로 갈린다. GUI에 없는 기능을 APDL 열 줄로 불러오는 사람은 사내에서 반쯤 마법사 취급을 받는다. ↩

  3. 접촉 강성을 무한대로 올리면 관통이 0이 되지만 강성행렬의 조건수도 같이 무한대로 간다. 세상에 공짜 점심은 없으며, 증강 라그랑주는 그 사이에서 적당히 타협을 봐주는 중재자다. ↩

  4. Ansys는 단위계를 모른다. 당신이 길이를 mm로, 밀도를 kg/m³로 넣으면 아무 불평 없이 계산해서 12자리쯤 틀린 고유진동수를 자신 있게 뱉는다. 이것은 버그가 아니라 사양이며, 이런 사고를 막자고 만든 학문이 검증 및 확인이다. ↩