4차 산업혁명으로 스마트 공장의 보급이 가속화됨에 따라 생산효율성, 품질 및 생산관리의 최적화가 기대되고 있다. 제조업계에서는 보다 효율적인 운영을 위해 설비자가진단 및 차량 결함검사를 위한 기술 확보에 주력하고 있다. 프레스성형으로 생산되는 차체 부품의 결함은 한번 발생되면 다량의 유닛에 연속적으로 나타나는 특징이 있다. 따라서 조기에 발견하지 못하고 도장, 조립 등의 후속공정에서 검출 되면 큰 비용손실을 초래한다. 특히, 차체부품 결함의 하나인 넥(Neck)은 후속공정에서 크랙(...
4차 산업혁명으로 스마트 공장의 보급이 가속화됨에 따라 생산효율성, 품질 및 생산관리의 최적화가 기대되고 있다. 제조업계에서는 보다 효율적인 운영을 위해 설비자가진단 및 차량 결함검사를 위한 기술 확보에 주력하고 있다. 프레스성형으로 생산되는 차체 부품의 결함은 한번 발생되면 다량의 유닛에 연속적으로 나타나는 특징이 있다. 따라서 조기에 발견하지 못하고 도장, 조립 등의 후속공정에서 검출 되면 큰 비용손실을 초래한다. 특히, 차체부품 결함의 하나인 넥(Neck)은 후속공정에서 크랙(Crack) 등의 더 큰 결함으로 이어지거나 완성차 상태에서 반복적인 도로 가진에 의해 내구 파단으로 발전할 위험이 있다. 현재 결함을 진단하는 비파괴검사로는 비전검사 와 음향공진검사 등이 사용되고 있다. 비파괴검사로 심한 크랙은 판별 가능하지만 크랙 발전 가능성이 있는 넥의 경우 정상과의 색상차이가 미미해 현재 비전검사카메라로 검출하기 어렵다. 그리고 넥이 발생할 경우, 그 소리가 작기 때문에 음향공진검사로 검출하기 어려운 부분이 있다. 이러한 이유로 넥의 경우, 해당 부위에 빛을 비춰 육안으로 검사하고 있는 실정이다. 전 공정에서 육안검사가 불가하고 비경제성으로 인해 문제가 되고 있는 실정이다. 따라서 크랙으로 발전가능성이 있는 넥부터 크랙을 아우르는 결함을 생산라인에서 효과적으로 전수 검사할 수 있는 검사법 개발이 필요하다.
본 연구에서는 이를 위한 검사법으로 구조물의 타격과 진동을 이용한 검사법을 제시하였다. 결함부위의 형상적인 변화가 강성변화를 일으키는 요인으로 작용하여 각각의 고유진동수에 영향을 끼치게 된다. 즉 이 검사법은 고유진동수의 차이를 결함여부를 판단하는 기준으로 제시한다. 실제 진동시험에서 결함을 모사할 수 있는 시편이 수적으로 한정적이고 결함의 위치, 크기 등의 유형별 시편 확보가 어렵기 때문에 이를 보완할 수 있는 유한요소해석이 필요하다. 하지만 기존 선행된 연구들이 크랙 결함을 보편적으로 다루었을 뿐 크랙 발생 시 미시적인 물성변화와 거시적인 구조특성의 변화를 고려한 해석기법을 다룬 연구는 적다. 본 연구의 목표는 크랙 발생 시 미시적인 물성변화와 해당영역의 두께감소율을 반영한 효과적인 구조진동 해석 기법을 제시하는 것이다. 결함이 일어나는 국부적인 영역에서의 급진적인 두께 감소를 반영하기 위해서는 해당영역의 조밀한 요소가 필요하며, 이러한 요소 수의 제한으로 까다로운 작업이 필요하다. 이를 간소화하기 위해 크랙의 강성감소효과를 한 개의 요소로 재현할 수 있는 탄성보정계수를 찾아 적용하였다. 결함의 정도와 크기, 위치를 고려하여 해석을 수행하였고 실제 결함을 재현할 수 있음을 검증하였다.
향후 결함과 무결함 시편의 진동특성에 대한 기초적인연구를 통해 결함이 진동특성에 미치는 영향을 데이터베이스화 하여 양산기술에 적용될 수 있는 검사기법수립을 기대한다.
4차 산업혁명으로 스마트 공장의 보급이 가속화됨에 따라 생산효율성, 품질 및 생산관리의 최적화가 기대되고 있다. 제조업계에서는 보다 효율적인 운영을 위해 설비자가진단 및 차량 결함검사를 위한 기술 확보에 주력하고 있다. 프레스성형으로 생산되는 차체 부품의 결함은 한번 발생되면 다량의 유닛에 연속적으로 나타나는 특징이 있다. 따라서 조기에 발견하지 못하고 도장, 조립 등의 후속공정에서 검출 되면 큰 비용손실을 초래한다. 특히, 차체부품 결함의 하나인 넥(Neck)은 후속공정에서 크랙(Crack) 등의 더 큰 결함으로 이어지거나 완성차 상태에서 반복적인 도로 가진에 의해 내구 파단으로 발전할 위험이 있다. 현재 결함을 진단하는 비파괴검사로는 비전검사 와 음향공진검사 등이 사용되고 있다. 비파괴검사로 심한 크랙은 판별 가능하지만 크랙 발전 가능성이 있는 넥의 경우 정상과의 색상차이가 미미해 현재 비전검사카메라로 검출하기 어렵다. 그리고 넥이 발생할 경우, 그 소리가 작기 때문에 음향공진검사로 검출하기 어려운 부분이 있다. 이러한 이유로 넥의 경우, 해당 부위에 빛을 비춰 육안으로 검사하고 있는 실정이다. 전 공정에서 육안검사가 불가하고 비경제성으로 인해 문제가 되고 있는 실정이다. 따라서 크랙으로 발전가능성이 있는 넥부터 크랙을 아우르는 결함을 생산라인에서 효과적으로 전수 검사할 수 있는 검사법 개발이 필요하다.
본 연구에서는 이를 위한 검사법으로 구조물의 타격과 진동을 이용한 검사법을 제시하였다. 결함부위의 형상적인 변화가 강성변화를 일으키는 요인으로 작용하여 각각의 고유진동수에 영향을 끼치게 된다. 즉 이 검사법은 고유진동수의 차이를 결함여부를 판단하는 기준으로 제시한다. 실제 진동시험에서 결함을 모사할 수 있는 시편이 수적으로 한정적이고 결함의 위치, 크기 등의 유형별 시편 확보가 어렵기 때문에 이를 보완할 수 있는 유한요소해석이 필요하다. 하지만 기존 선행된 연구들이 크랙 결함을 보편적으로 다루었을 뿐 크랙 발생 시 미시적인 물성변화와 거시적인 구조특성의 변화를 고려한 해석기법을 다룬 연구는 적다. 본 연구의 목표는 크랙 발생 시 미시적인 물성변화와 해당영역의 두께감소율을 반영한 효과적인 구조진동 해석 기법을 제시하는 것이다. 결함이 일어나는 국부적인 영역에서의 급진적인 두께 감소를 반영하기 위해서는 해당영역의 조밀한 요소가 필요하며, 이러한 요소 수의 제한으로 까다로운 작업이 필요하다. 이를 간소화하기 위해 크랙의 강성감소효과를 한 개의 요소로 재현할 수 있는 탄성보정계수를 찾아 적용하였다. 결함의 정도와 크기, 위치를 고려하여 해석을 수행하였고 실제 결함을 재현할 수 있음을 검증하였다.
향후 결함과 무결함 시편의 진동특성에 대한 기초적인연구를 통해 결함이 진동특성에 미치는 영향을 데이터베이스화 하여 양산기술에 적용될 수 있는 검사기법수립을 기대한다.
The Fourth Industrial Revolution has arrived and it is accelerating the advent of smart-factory. Thus, we anticipate on the improvement of the production efficiency and total quality control. In the manufacturing industry, producers focus on securing advanced technology such as a facility self-diagn...
The Fourth Industrial Revolution has arrived and it is accelerating the advent of smart-factory. Thus, we anticipate on the improvement of the production efficiency and total quality control. In the manufacturing industry, producers focus on securing advanced technology such as a facility self-diagnosis system and an inspection of defects for efficient production operation. Defects in the car parts produced in the press molding process are characterized by continuous manifestation once they occur. Therefore if it is not detected early, it incurs a heavy expenditure loss in the subsequent process such as a painting and assembly process. Particularly, the necking, which is one of the parts defects of the vehicle body, leads to a larger defect such as crack in the subsequent process or cracks due to repetitive impulse (road excursions) in the state of the fully built units, thereby posing the driver a safety hazard. For crack detection, it is possible to detect by the vision test and acoustic resonance test, which are conventional nondestructive tests, but it is impossible to widen the defect area to the range of the neck. For defect inspection, only visual inspection is possible. However, it is not applicable to all processes and is uneconomical. Therefore, we need a practical defect inspection method that can take into account a wide range of defects, including the neck. This study suggests the method of defects detection by using structural vibration measurement. To find a detection method, various types of specimens are needed, but they are difficult to obtain. Defects occur unexpectedly due to material dispersion and process variance. Thus, we need FEM analysis to support this. Many studies are being conducted about general cracks, but have not addressed the issues from a micro-perspective. The object of this study is to suggest an effective structural vibration analysis method of cantilever beams in consideration of microscopic changes of property and thickness reduction cause of initiation and propagation of fatigue crack. Finite element analysis can be a challenging task. This is because the defects cause a radical reduction of thickness on the local part of the structure. To simulate the behavior of defects correctly, it requires a delicate CAD modeling. To simplify the complicated procedure, this study makes a new element which behaves the same with defects in the modal analysis. This element has a modified Young's modulus value from a study that expresses the effect of changing stiffness as a numerical value. Conducting case studies based on the crack size and the location, which verifies the reproducibility of real defects as using modified Young's modulus modeling.
The Fourth Industrial Revolution has arrived and it is accelerating the advent of smart-factory. Thus, we anticipate on the improvement of the production efficiency and total quality control. In the manufacturing industry, producers focus on securing advanced technology such as a facility self-diagnosis system and an inspection of defects for efficient production operation. Defects in the car parts produced in the press molding process are characterized by continuous manifestation once they occur. Therefore if it is not detected early, it incurs a heavy expenditure loss in the subsequent process such as a painting and assembly process. Particularly, the necking, which is one of the parts defects of the vehicle body, leads to a larger defect such as crack in the subsequent process or cracks due to repetitive impulse (road excursions) in the state of the fully built units, thereby posing the driver a safety hazard. For crack detection, it is possible to detect by the vision test and acoustic resonance test, which are conventional nondestructive tests, but it is impossible to widen the defect area to the range of the neck. For defect inspection, only visual inspection is possible. However, it is not applicable to all processes and is uneconomical. Therefore, we need a practical defect inspection method that can take into account a wide range of defects, including the neck. This study suggests the method of defects detection by using structural vibration measurement. To find a detection method, various types of specimens are needed, but they are difficult to obtain. Defects occur unexpectedly due to material dispersion and process variance. Thus, we need FEM analysis to support this. Many studies are being conducted about general cracks, but have not addressed the issues from a micro-perspective. The object of this study is to suggest an effective structural vibration analysis method of cantilever beams in consideration of microscopic changes of property and thickness reduction cause of initiation and propagation of fatigue crack. Finite element analysis can be a challenging task. This is because the defects cause a radical reduction of thickness on the local part of the structure. To simulate the behavior of defects correctly, it requires a delicate CAD modeling. To simplify the complicated procedure, this study makes a new element which behaves the same with defects in the modal analysis. This element has a modified Young's modulus value from a study that expresses the effect of changing stiffness as a numerical value. Conducting case studies based on the crack size and the location, which verifies the reproducibility of real defects as using modified Young's modulus modeling.
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