LS-DYNA 충돌 해석 시 Shock wave 안정화를 위한 *CONTROL_BULK_VISCOSITY 적용 방법

LS-DYNA로 낙하나 충돌 해석을 진행하면서 해석 결과에 이상이 생긴 적 있으신가요?
급격한 속도 변화로 인한 Shock wave(충격파)가 해석의 불안정성을 초래할 수 있는데요,
이 문제를 완화하기 위해 Ansys 측에서도 적용을 권장한 카드,
바로 *CONTROL_BULK_VISCOSITY 설정에 대해 정리해드립니다. 

 

💡 왜 *CONTROL_BULK_VISCOSITY가 필요할까?
충돌/낙하 해석 시에는 급격한 변형률과 속도 변화로 인해
Shock wave(충격파)가 발생하게 됩니다.

이 충격파는 요소 간 오버슈트(Overshoot), 수치 발산(Divergence) 등을 유발할 수 있으며,
결국 해석 결과에 신뢰도를 떨어뜨릴 수 있습니다.

이를 방지하기 위해 LS-DYNA에서는 인공 점성항(Artificial Viscosity)을 활용한
Viscous damping term을 도입하고 있으며, 이 기능을 활성화하는 키워드가
바로 *CONTROL_BULK_VISCOSITY입니다.

 

*CONTROL_BULK_VISCOSITY를 적용하지 않을 경우,
충돌 해석에서 Shock wave 전파 안정성이 저하될 수 있으며,
충돌/충격 해석 시 필수 사용을 권장한다고 명시했습니다.

별도의 파라미터 조정 없이, Default 값 그대로 사용해도 효과가 있으며
안정적인 해석 품질 확보에 도움이 된다고 합니다.

 

🔧 키워드 기본 설정 값 설명
*CONTROL_BULK_VISCOSITY
$      Q1      Q2     TYPE   BTYPE   TSTYPE
      1.5     0.06       1       0        0
Q1: 1차 점성 계수 (압축 속도에 비례) – 기본값 1.5
Q2: 2차 점성 계수 (압축 속도 제곱에 비례) – 기본값 0.06
TYPE: 적용 대상 타입 (1=Solid 요소)
BTYPE, TSTYPE: Beam/Contact 등에 대한 옵션 (기본 0으로 설정)

 

✅ 실제 적용 테스트 결과
제가 테스트한 낙하 해석 모델에서는
*CONTROL_BULK_VISCOSITY 카드의 유무에 따라 응력 수치상 차이는 크지 않았지만,
해석의 수렴 안정성이나 물리적 일관성 확보 측면에서는
기본적으로 적용해두는 것이 좋다고 판단했습니다.

 

📌 해석 품질 향상을 위한 제안 사항
앞으로 LS-DYNA로 충돌이나 낙하 해석을 진행할 때,
아래와 같이 *CONTROL_BULK_VISCOSITY 카드를 기본 적용하길 제안드립니다:

*CONTROL_BULK_VISCOSITY
$      Q1      Q2     TYPE   BTYPE   TSTYPE
      1.5     0.06       1       0        0

이 설정을 통해:
Shock wave 전파 안정화
수치 발산 방지
보다 일관된 해석 결과 확보
가 가능하므로, 해석 정확도를 높이고 싶은 모든 분들께 권장드립니다.

 

🔍 결론: 안정적인 충돌 해석을 위한 필수 설정
LS-DYNA를 활용한 낙하/충돌 해석에서
충격파로 인한 불안정성이 우려된다면,
*CONTROL_BULK_VISCOSITY 설정 하나로 큰 차이를 만들 수 있습니다.

Ansys의 공식 가이드라인도 적용을 권장하고 있는 만큼,
앞으로는 기본 해석 셋업에 꼭 포함해보시길 바랍니다.

 

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