What is Dynamic Substructuring
각 부품의 동특성을 연결해, 조립된 전체 시스템의 응답을 계산합니다.
Dynamic Substructuring은 복잡한 시스템을 독립적인 부품 또는 서브시스템으로 나누고, 각 부품의 동적 특성을 실제
연결 조건에 맞춰 다시 조립하는 기술입니다.
각 부품은 해석 모델 또는 시험 데이터로 준비할 수 있으며, 장착 위치와 방향,
마운트 특성 등 실제 인터페이스를 반영해
연결합니다. 이를 통해 전체 시스템을
다시 제작하지 않고 변경된 부품만 재조립하여 진동 소음 특성에 미치는 영향을
비교할 수 있습니다.
Evaluate the Whole System
Before the Whole System Exists.
부품은 개발 초기부터 준비되지만, 전체 차량을 시험할 수 있는 시점은 개발 후반입니다.
개발 초기에는 대부분 해석 모델만 존재하고, 이후 부품 시험과 서브시스템 시험을 거쳐야 완성차 수준의 검증이 가능합니다. 이 때문에 완성차
시제품이 나오기 전에는 하나의 부품 변경이 전체 차량의 NVH에 어떤 영향을 미치는지 확인하기 어렵습니다.
Dynamic Substructuring은 개발 단계별로 확보되는 해석 모델과 시험 데이터를 부품 단위로 연결해, 전체 시스템 관점의 평가를 더 이른 개발 단계로 가져옵니다.
Late System-Level Validation
완성차 시제품이 준비되기 전에는 전체 시스템 수준의 NVH 평가가 제한됩니다.
Multiple Design Variants
마운트, 브라켓, 하우징 등 부품 Variant마다 전체 시스템을 다시 구성해 비교하기 어렵습니다.
Mixed Development Data
개발 단계에 따라 해석 모델과 실제 시험 데이터가 서로 다른 시점에 확보됩니다.
Conventional Full-System Evaluation
Traditional Assembly Testing- ✕ 완성차 시제품 이후 전체 시스템 평가
- ✕ 부품 변경 시 전체 시스템 재검토
- ✕ 개발 단계별 데이터가 분리됨
- ✕ 전체 시스템 영향 확인이 늦음
IDX Dynamic Substructuring
Early Component-Based Evaluation- ✓ 시제품 전 부품 단위 시스템 구성
- ✓ 변경된 부품만 교체하여 비교
- ✓ 해석 모델과 시험 데이터 조합
- ✓ 조립 후 시스템 관점에서 비교
Assemble the Parts.
Predict the System.
Combine component dynamics from simulation and test to evaluate system-level NVH before full assembly.
How Dynamic Substructuring Works
부품별 동특성을 준비하고 실제 연결 조건으로 조립해, 부품 변경에 따른 전체 시스템의 NVH 변화를 비교합니다.
PREPARE
SUBSTRUCTURES
각 부품의 해석 모델 또는
측정 데이터 준비
DEFINE
INTERFACES
부품이 실제로 연결되는
위치와 조건을 정의
ASSEMBLE
& VALIDATE
각 부품을 연결해 전체 시스템
응답을 구성하고 검증
COMPARE
VARIANTS
부품을 바꿔 전체 시스템의
성능 변화를 비교
Build Reduced Dynamic Models for System Assembly
상세 FE 모델의 핵심 동특성을 유지하면서 시스템 조립에 적합한 축소 모델을 구성합니다.
CMS(Component Mode Synthesis)는 상세 유한요소 모델의 모든 자유도를 그대로 사용하는 대신, 인터페이스 자유도와 주요 내부 진동 모드를 유지해 축소 동적 모델을 구성합니다. 이를 통해 상세 모델의 계산량을 줄이면서 설계 변경과 반복 계산, 시스템 조립에 활용할 수 있으며, 한 번 구성한 부품 모델을 여러 조립체에서 재사용할 수 있습니다. 특히 전체 시스템을 다시 해석하지 않고 특정 부품만 교체하여 다양한 설계안을 빠르게 조립·비교할 수 있습니다.
모든 자유도를 가지는
상세 유한 요소 모델
주요 내부 진동 모드와 인터페이스
자유도를 이용해 모델 축소
핵심 동특성을 유지한
축소 동적 모델
Connect Substructures into One System
부품별 동특성을 실제 장착 조건에 맞춰 연결해 조립체의 전체 응답을 계산합니다.
FBS(Frequency-Based Substructuring)는 해석 또는 시험으로 확보한 각 부품의 주파수 응답함수(FRF)를 실제 연결 조건에 맞춰 결합하는 방법입니다. 장착 위치와 방향, 마운트 특성 등을 반영해 각 Substructure를 연결하고, 분리된 부품의 동특성으로부터 조립체 FRF와 운전 응답을 계산합니다.
FBS: 부품별 FRF를 이용해 조립 상태를 예측
해석 또는 시험으로 얻은 각 부품의 주파수 응답을 연결해 조립체의 전체 응답을 계산합니다.
Change the Part. Compare the Whole System.
나머지 시스템은 유지하고 변경된 부품만 교체해 전체 시스템의 성능 차이를 비교합니다.
Dynamic Substructuring에서는 전체 시스템을 다시 구성하지 않고 평가하려는 Substructure만 교체해 서로 다른 설계안을 비교할 수 있습니다. 마운트 A/B,
모터
하우징 설계, 브라켓, 부시 사양, 공급사 부품 또는 해석 모델과 시험 모델 등을 변경해,
각 Variant가 조립 후 전체 시스템의 진동·소음 응답에 미치는 영향을 비교합니다.
핵심 용도: 특정 부품만 교체
나머지 시스템은 그대로 두고, 변경된 부품만 갈아 끼워 전체 차량의 성능
차이를 비교
What You Can Evaluate
부품 단위의 동특성을 연결해, 조립 후 시스템의 응답과 설계 변경에 따른 성능 차이를 평가합니다.
Assembly FRF
부품을 조립했을 때 주파수별
진동 전달과 공진 변화를 비교
Operating Response
실제 운전 조건에서의 가속도·변위·
힘·실내 음압 등의 응답을 예측
Variant Comparison
부품 또는 마운트 사양을 바꿔
시스템 성능이 더 나은 조합을 비교·선정
Target Assessment
주파수 대역별 한계선 또는
NVH 목표와 시스템 응답을 비교
What are the Benefits
Earlier System-Level Evaluation
완성차 시제품 이전의 전체 시스템 응답 검토
완성차 시제품이 준비되기 전에도 부품별 해석 모델과 시험 데이터를 연결해 조립체 관점의
시스템 응답을 비교할 수 있습니다.
Flexible Variant Comparison
변경된 부품만 교체해 다양한 설계안 비교
전체 시스템을 다시 구성하지 않고 변경하려는 부품이나 마운트 사양만 교체해 각 Variant가
전체 시스템 성능에 미치는 영향을 비교합니다.
Model & Test Integration
개발 단계별 해석 · 시험 데이터의 유연한 조합
초기에는 해석 모델을 사용하고, 하드웨어가 확보되면 시험 기반 모델로 교체해 Model Only · Hybrid · Data Only 구성으로 시스템을 평가할 수 있습니다.
Efficient Model Reduction
주요 동특성을 유지한 축소 모델로 반복 계산 효율화
CMS를 통해 상세 FE 모델에서 인터페이스와 주요 내부 모드를 유지한 축소 동적 모델을
구성해 반복 해석, 설계 탐색, 최적화 및 시스템 조립에 활용합니다.
Reusable Component Models
구축한 부품 모델을 다양한 시스템 조립에 재사용
독립적으로 구성한 부품 모델을 여러 조립체와 시스템 구성에 반복 활용할 수 있습니다.
Virtual Component Coupling with FBS
실차 장착 조건을 가상으로 구성하여 부품 결합 후의 시스템 전달 특성을 평가합니다.
실제 조립 상태의 부품 결합 성능을 사전에 평가
개별 부품의 특성만으로는 실제 조립 후의 전달 특성을 판단하기 어렵습니다. 부품
결합부의 전달함수를 예측하고, 실차 장착 조건에서의 FRF를 평가할 수 있는 방법이 필요합니다.
FBS 기반 가상 부품 결합 및 시스템 응답 구성
각 부품의 FRF와 결합부 특성을 기반으로 가상 부품 결합 모델을 구성하고, FBS를
활용해 실제 장착 조건에서의 조립체 응답을 계산합니다. 이를 통해 부품 단위의 결합 성능뿐
아니라
시스템 수준의 결합 성능까지 평가할 수 있도록 구성합니다.
부품 단위 결합 성능 예시
시스템 단위 결합 성능 예시
Source: A. E. Mahmoudi et al., Comparison of Different Approaches to Include Connection Elements into Frequency-Based Substructuring
가상 부품 결합 성능 검증 및 평가 기준 구축
가상 부품 결합 성능 검증을 위한 SW 시작품을 개발·배포하고, 분석 시간 감소와 함께 결합 부품의 기준 가이드 및 불확실성 인자를 정량화할 수 있는 기준을 마련했습니다.
