[논문]냉연 형상 교정시 Stress 천이 현상 연구

최환택; 황상무; 구진모; 박기철

doi:10.5228/kspp.2004.13.6.497

냉연 형상 교정시 Stress 천이 현상 연구
Study of Stress Distribution of Cold Rolled Steel Sheets in Tension Leveling Process 원문보기

최환택 (포스코 포항 냉연부) , 황상무 (포항공대 기계공학과) , 구진모 (포항공대 기계공학과) , 박기철 (포스코 기술연구소 박판연구그룹)

The shape of cold rolled steel sheets is defined as the degree of flatness, and the flatter, the better. Because undesirable strip shapes of cold rolled steel sheets can affect not only visible problem but also automatic working process in customer's lines, the requirement of the customers is more and more stringent. So we usually used the tension leveler to make high quality of strip flatness. For the improvement of the quality of strip flatness, this report developed three- dimensional FEM (Finite Element Method) simulation model, and analysis about the strain and stress distribution of strip in the tension leveling process. The numerical study can be summarized as follows. (1) If we pass the edge wave material (steepness: $1.0\%$) that the stress-difference between the strip center and the edge is 5.2kgf through tension leveler. the stress-difference is decreased 0.45kgf and the steepness is improved to $0.29\%$. (2) If the Intermesh is increased from 6mm to 7mm, the steepness is improved from $0.294\%$ to $0.268\%$. (3) If the initial steepness is decreased form $1.0\%$ to $0.75\%$, the final steepness is improved from $0.294\%$ to $0.263\%$. We know that more increased intermesh and lower initial steepness make the final steepness improved.

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가설 설정

유한 요소 시뮬레이션 과정에서 롤의 경우는 변형이 없다고 가정하였으며, 판재의 경우는 3 차원 Linear-brick element 를 사용하였으며, 적분과정에서는 한 개의 요소 당 8 개의 Gauss 적분점을 이용하였다. 또한 판의 두께 및 폭 방향 응력과 모멘트의 정확한 계산을 위해 두께 방향으로 6 개의 요소를 사용하였고 판의 좌우 대칭성을 고려하여 폭 방향으로는 5 개의 유한 요소를 이용하여 시뮬레이션 하였다.

제안 방법

유한 요소 시뮬레이션 과정에서 롤의 경우는 변형이 없다고 가정하였으며, 판재의 경우는 3 차원 Linear-brick element 를 사용하였으며, 적분과정에서는 한 개의 요소 당 8 개의 Gauss 적분점을 이용하였다. 또한 판의 두께 및 폭 방향 응력과 모멘트의 정확한 계산을 위해 두께 방향으로 6 개의 요소를 사용하였고 판의 좌우 대칭성을 고려하여 폭 방향으로는 5 개의 유한 요소를 이용하여 시뮬레이션 하였다.
본 시뮬레이션은 텐션 레벨러 공정에서 형상 (wave)의 변화 및 교정 과정을 연구하기 위해서 3 차원으로 유한 요소법으로 수행하였으며, Fig.2 는 텐션 레벨러 공정 중 형상에 관련된 유닛트 1, 2 부분으로 시물레이션을 위해 그림과 같이 배치하였고, 소재 및 시뮬레이션 조건은 Table. 1 과 같다.
본 연구에서는 3차원 유한요소 모델을 최초로 자체 개발하여 텐션 레벨러 공정에서 강판의 변형과 응력 분포를 해석하게 되었는데, 이 모델은 레벨링 전과정 (전,중,후)에 걸쳐 강판의 길이방향, 폭방향의 변형 및 응력분포의 변화, 잔류응력의 변화를 해석할 수 있게 되었다.
위의 탄소성 변형 해석 모델을 적용한 프로그램을 개발하여 실제 텐션 레벨러에서 냉연 강판의 형상 교정 과정에서의 판의 변형 및 유효 응력, 유효 변형 등을 시뮬레이션 하였고, 그 결과를 형상 교정 해석에 적용하여 연계 해석하여 판의 변형 및 응력의 분포들을 얻었다.

이론/모형

위의 식들과 응력의 항복 조건식의 만족에는 Krieg and Krieg⁽⁵⁾ 의 Radial Return algorithm 을 사용하여 판의 응력과 변형에 대한 경계값 문제를 해석 하였다.^⑹
위의 응력과 변형에 대한 평형 방정식에 기계적 경계 조건을 적용하여 변동식을 세우고 이에 대한 가우스의 발산정리 (Gauss divergence theorem)를 적용하고 정리하여 최종식을 구성하면 다음과 같다.⑶

성능/효과

(1) 스트립 센터와 에지의 응력차가 5.2kgf 인 급준도 1.0% 에지 웨이브 소재를 텐션 레벨러 공정을 통과시키면 잔류 응력차가 0.45kgf 로 감소되어 급준도는 0.29%로 개선 된다. 이는 텐션 레벨러 공정에서 3차원 형상교정 과정을 본 시뮬레이션을 통해 확인 할 수 있었다.
(2) 인터메시 값을 6mm에서 7mm로 증가시키 면 급준도는 0.294%에서 0.268%로 개선 된다. 이는 인터메시 값이 증가할수록 최종 잔류하는 응력 차가 감소하여 최종 급준도는 직선적으로 비례하여 감소함을 알 수 있었다.
(3) 초기급준도가 1.0%에서 0.75%로 작아지면 최종 급준도는 0.294%에서 0.263%로 개선 되는 데, 이는 초기 급준도가 작을수록 잔류하는 응력 차가 감소하여 최종 급준도가 감소 함을 알 수 있었다.
본 연구의 수행을 통하여 유한 요소법에 의한 최초의 3차원 텐션 레벨러 형상 예측 모델이 개발 되어, 가시적인 효과 뿐만 아니라 보다 정확한 형상 예측이 가능하게 되었다.
268%로 개선 된다. 이는 인터메시 값이 증가할수록 최종 잔류하는 응력 차가 감소하여 최종 급준도는 직선적으로 비례하여 감소함을 알 수 있었다.
268%로 개선 된다. 이는 인터메시 값이 증가할수록 최종 잔류하는 응력 차가 감소하여 최종 급준도는 직선적으로 비례하여 감소함을 알 수 있었다.
텐션 레벨러 롤을 제거 및 장력을 오프 상태 일때 잔류응력 값의 차이는 초기 5.2kgf 에서 약 0.45kgf 수준으로 감소 되며 급준도로 환산하면 1.0%에서 0.294% 로 개선 되었다. 이는 텐션 레 벨러 공정에서 3 차원 형상교정 과정을 본 시뮬 레이션을 통해 확인 할 수 있었다.

후속연구

금번 연구에서 급준도 예측 모델이 개발이 되었으므로 온-라인 급준도 예측 모델화의 기반이 마련 되었고, 향후 온-라인 반곡 예측 모델과 온-라인 잔류응력 예측 모델이 개발되면 텐션 레벨러 공정에서 완전한 형상 예측 모델이 될 것으로 판단된다.

원문 URL 링크

DOI : 10.5228/KSPP.2004.13.6.497 [무료]
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표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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