기계설계를 마치고 시뮬레이션(FEM/CAE 해석)을 진행했더라도, 그 결과를 제대로 해석하지 못하면 설계 검토의 의미가 없습니다. 단순히 ‘색이 예쁘게 나왔다’고 끝나는 것이 아니라, **응력, 변형, 안전율, 경계조건** 등 핵심 지표를 분석해 설계가 적절한지 판단해야 합니다. 이번 글에서는 시뮬레이션 결과를 설계자 입장에서 검토할 때 꼭 확인해야 할 항목과 실무 적용 팁을 정리해보았습니다.
1. 시뮬레이션 결과 검토 시 기본 개념
1) 해석 목적에 따른 결과 판단 기준
- **구조 해석**: 응력, 변형량, 안전율 - **열 해석**: 온도 분포, 열 전달 경로 - **동적 해석**: 진동수, 모드 형상, 시간응답
2) 주요 결과 지표 정의
- **Von Mises 응력**: 구조 해석에서 가장 많이 사용되는 종합 응력 지표 - **변형량 (Displacement)**: 구조의 실제 이동 거리 - **안전율 (Safety Factor)**: 허용 응력 대비 실제 응력의 비율 → 1.5~3.0 이상 확보 권장
2. 시뮬레이션 결과 확인 순서
1) 재질, 하중, 경계조건 먼저 확인
- 잘못 입력된 재료 물성치나 하중 조건은 결과 왜곡의 원인 - 경계조건이 실제 상황과 부합하는지 검토
2) 응력 집중 부위 분석
- 필렛, 구멍, 코너 등 응력 집중이 예상되는 지점 - Von Mises 기준으로 과도한 응력 발생 여부 확인
3) 최대 응력값 vs 허용 응력 비교
- 허용응력 = 항복강도 ÷ 안전계수 - 결과값이 이를 초과하면 설계 변경 필요
4) 변형량 검토
- 기능에 영향을 줄 수 있는 수준인지 확인 - 회전체, 정밀 부품의 경우 0.1mm 이내 요구 가능
5) 메시 품질 체크
- 너무 조밀하거나 너무 거친 메시 → 정확도 문제 발생 - 결과값 변화가 클 경우 메시 리파인 수행
3. 실무에서 자주 묻는 시뮬레이션 결과 Q&A
Q. 빨간색이 많으면 무조건 위험한가요?
- 아니요. 스케일 조정에 따라 달라 보일 수 있으므로 **실제 수치값**을 기준으로 판단해야 합니다.
Q. 안전율이 1.0 이하면 무조건 재설계해야 하나요?
- 네. 일반적으로 1.0 이하면 항복이 발생할 수 있는 수준으로 간주되므로, 구조 보강 또는 재질 변경이 필요합니다.
Q. 응력보다 변형이 더 중요할 때는 언제인가요?
- 정밀 가공 장비, 정렬 유지가 중요한 제품, 조립 오차 허용치가 적은 부품의 경우 변형이 더 중요한 판단 기준입니다.
4. 설계자 입장에서 결과를 보는 팁
1) 색상 분포보다 수치 중심으로 해석
- 컬러맵은 시각적 참고용일 뿐, 실제 응력값과 안전율을 비교해야 정확한 판단 가능
2) 기능 중심 해석
- 구조적으로 약간 변형이 있어도 기능상 문제가 없다면 설계 유지 가능 - 기능, 조립성, 생산성까지 함께 고려
3) 반복 하중/피로도도 고려
- 단순 정하중 외에 반복 조건이 있다면 피로 해석 추가 고려 필요 - 예: 10만 회 이상 반복 작동 시 피로 수명 검토 필수
5. 설계 변경 판단 기준
- ☑ 최대 응력이 허용 응력을 초과할 경우
- ☑ 변형량이 기능 허용치 이상일 경우
- ☑ 응력 집중이 특정 부위에 국한된 경우 → 형상 변경으로 완화 가능
- ☑ 메시 수정 후 결과 변화가 크면 설정 오류 가능성 있음
마무리하며
시뮬레이션은 설계를 보완하고 안전한 제품을 만들기 위한 **의사결정 도구**입니다. 단순히 결과를 확인하는 것에 그치지 않고, 그 의미를 정확히 해석하고 설계에 반영해야 진짜 설계 검토가 됩니다. 수치를 기준으로 판단하고, 설계 목적에 맞게 데이터를 해석하는 습관을 갖는 것이 가장 중요합니다. 분석보다 해석이 설계를 완성시킨다는 사실을 기억하세요.
자주 묻는 질문(FAQ)
1. FEM 결과가 현실과 다를 때는 어떻게 해야 하나요?
현장 시험 또는 유사 사례와 비교하여 검토하고, 재질값·경계조건·메시 품질 등을 점검해보세요.
2. 시뮬레이션 결과를 도면에 어떻게 반영하나요?
응력 분포, 안전율, 주요 결과 수치를 도면 검토 보고서에 정리하고, 설계 변경 필요시 이력을 남깁니다.
3. 시뮬레이션 결과만 믿고 프로토타입 생략해도 될까요?
해석은 이론 기반 예측이므로, 중요한 부품이나 고하중 부위는 반드시 시제품 검증이 병행되어야 안전합니다.