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수축공과 같은 내부 결함은 위치와 형상에 따라 제품의 강도와 피로 수명에 큰 영향을 미칠 수 있으므로 주의가 요구된다. 특히 이러한 결함들은 응력 집중 현상을 발생시키거나 크랙의 시작점이 될 수 있기 때문에 설계공학자들은 수축 결함이 피로 수명과 같은 제품의 거동에 미치는 영향에 대해서 이해하고 있어야 올바른 설계를 수행할 수 있다. 하지만 수축 결함과 제품 거동의 관계에 대해서 많은 연구가 이루어지지 않았었고 또한 명확한 기준이 없기 때문에 지금까지 설계자들은 막연히 과도한 ...

수축공과 같은 내부 결함은 위치와 형상에 따라 제품의 강도와 피로 수명에 큰 영향을 미칠 수 있으므로 주의가 요구된다. 특히 이러한 결함들은 응력 집중 현상을 발생시키거나 크랙의 시작점이 될 수 있기 때문에 설계공학자들은 수축 결함이 피로 수명과 같은 제품의 거동에 미치는 영향에 대해서 이해하고 있어야 올바른 설계를 수행할 수 있다. 하지만 수축 결함과 제품 거동의 관계에 대해서 많은 연구가 이루어지지 않았었고 또한 명확한 기준이 없기 때문에 지금까지 설계자들은 막연히 과도한 안전계수를 적용하여 제품을 설계하였고 이는 제품의 제조 비용, 무게 등 생산성을 저하시키는 주된 원인이 되고 있다. 위와 같은 문제점을 해결하기 위해서 본 논문에서는 수축 결함을 고려하여 제품의 피로 수명을 예측하는 방법을 제안하였고 실험 결과와 비교하였다. 수축공 결함에 대한 정량화를 위해 수축 결함에 대한 정보를 공업용 CT(Computerized Tomography)를 이용하여 복셀 데이터로 추출하였고 ImagewareTM를 이용하여 3차원 CAD 모델로 전환하였다. 제품 내부에 존재하는 수축공 결함 모델에 대해 직접형상법과 형상 단순화법을 적용하여 응력 해석을 수행하였고 피로수명을 계산해 본 결과 형상순화법을 사용하였을 때에 응력집중계수와 피로노치계수 사이의 연관성을 바탕으로 제품의 피로 수명을 예측할 수 있었다. 본 연구를 통해 주조품의 피로 수명을 계산할 때에 제품 내부의 수축 결함이 피로 수명에 미치는 영향을 고려함으로써 보다 효율적이고 신뢰성 있는 제품 설계를 할 수 있을 것으로 예상한다.

Abstract ▼ AI-Helper

Internal defects (Shrinkage, blow hole, etc.) are a major concern in casting process because it significantly influence on strength and fatigue life of casting products. In general, it causes stress concentration and can be a starting point of cracks. Therefore, it is important to understand the eff...

Internal defects (Shrinkage, blow hole, etc.) are a major concern in casting process because it significantly influence on strength and fatigue life of casting products. In general, it causes stress concentration and can be a starting point of cracks. Therefore, it is important to understand the effects of shrinkage on mechanical performance such as fatigue life. However there has been little knowledge on the relationship between the shrinkage and mechanical performance. And there have been few studies on that. Design engineers apply sufficient safety factor because of a possibility of unexpected fracture and low fatigue life of casting products. Applying excess safety factor leads to an increase in weight of product and in cost of manufacturing. In this study, we performed structural stress analysis and prediction of fatigue life for tensile specimen considering the effect of internal shrinkage defects. Real shrinkage defect in casting was scanned by industrial CT(Computerized Tomography), and subsequently it's shape was simplified by ellipsoidal primitives for the structural analysis(SSM, Shape Simplification Method). The analysis results were compared with the results by real shrinkage shape without any simplification process. It turned out that it is possible to consider real shrinkage of casting in stress analysis and the proposed method give us powerful tool to predict fatigue life of casting and to investigate the effects of shrinkage defects on mechanical performance.