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문제 정의
- 따라서 본 연구에서는 다층 양면 개선 용접부의 각 변형을 제어하기 위한 적정 개선 형상 설계 방안을 정립하고자 다층 양면 개선 용접부의 각 변형 예측 기법을 제안하고자 하였다. 이를 위하여 유한 요소 해석을 이용한 단순 맞대기 용접부의 변형거동 특성 평가를 통해 각 변형의 주 인자와 용접 적층에 따른 변형 거동특성을 규명하고, 실험결과와 비교함으로써 변형 예측기법의 타당성을 검증하였다.
가설 설정
- 85로 가정하였다 2). 그리고 용접부의 열 손실이 해석 모델의 경계면에서 복사와 자연 대류에 의하여 발생하는 것으로 가정하였으며, 재료의 열적 물성은 온도에 의존하며, 용착금속의 온도가 융점 (1450℃)을 초과하는 경우 용융지 (molten pool) 내의 스터 링 (stirring) 효과를 위하여 유효 열전달 계수를 도입하였으며, 상변화에 따른 잠열효과 (latent heat) 또한 함께 고려하였다3,4).
- 평가하였다. 맞대기 용접부의 온도 분포는 용접 선을 따라 용접 속도가 일정하고, 용접선 방향으로의 열 손실이 없다는 가정 하에 Fig. 1과 같이 용접선에수직한 단면에 대한 2차원 온도 분포 해석을 이용하여 평가하였다. 해석시 사용된 열원은 균일 분포의 체적열원이 단위 시간 동안 용착 금속에 작용하는 것으로 가정하였으며, SA 용접 아크의 효율은 0.
- 1과 같이 요소망 (mesh design)을 구성하였다. 여기서 일반화된 변형률 조건은 기존의 평면 변형률 조건 즉, 해석 단면에수직한 방향의 변형률이 없다는 가정과는 달리 해석 단면에 수직한 방향의 변형률을 해석 단면에서 발생하는변형률의 선형 함수로 가정하는 방법이다. 그리고 용접부의 가열 초기에 발생하는 역 변형에 의한 잔류 각 변형의 감소 효과를 제어하기 위하여 Fig.
- 용접부의 온도 분포 해석 결과를 이용한 변형 거동특성 평가를 위한 열 탄소성 해석시 용접선 방향으로의변형률이 일정하다는 가정 즉, 일반화된 평면 변형률 (generalized plane strain) 조건을 이용하여 8절점등매개 평면 요소를 이용하여 Fig. 1과 같이 요소망 (mesh design)을 구성하였다. 여기서 일반화된 변형률 조건은 기존의 평면 변형률 조건 즉, 해석 단면에수직한 방향의 변형률이 없다는 가정과는 달리 해석 단면에 수직한 방향의 변형률을 해석 단면에서 발생하는변형률의 선형 함수로 가정하는 방법이다.
- 1의 해석 모델에서 역 변형을 강체 접촉(rigid contact)요소를 이용하여 구속하는 "on-die” 구속 조건을 적용하였다2). 이때, 모재 및 용접부의 기계적 물성은 온도에 의존하고 등방성이며 항복 개시 조건으로 von-Mises 조건을 이용하였으며, 가열시 소성 변형률(plastic strain) 이 누적되는 최대 온도는 용착 금속의 융점1450℃)으로 가정하였다.
- 1과 같이 용접선에수직한 단면에 대한 2차원 온도 분포 해석을 이용하여 평가하였다. 해석시 사용된 열원은 균일 분포의 체적열원이 단위 시간 동안 용착 금속에 작용하는 것으로 가정하였으며, SA 용접 아크의 효율은 0.85로 가정하였다 2). 그리고 용접부의 열 손실이 해석 모델의 경계면에서 복사와 자연 대류에 의하여 발생하는 것으로 가정하였으며, 재료의 열적 물성은 온도에 의존하며, 용착금속의 온도가 융점 (1450℃)을 초과하는 경우 용융지 (molten pool) 내의 스터 링 (stirring) 효과를 위하여 유효 열전달 계수를 도입하였으며, 상변화에 따른 잠열효과 (latent heat) 또한 함께 고려하였다3,4).
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