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초기하중을 받는 로켓모타 케이스 나사체결부의 구조해석
Structural Analysis for Thread Joint Part of Rocket Motor Case Applied Pre-load 원문보기

韓國軍事科學技術學會誌 = Journal of the KIMST, v.10 no.1 = no.28, 2007년, pp.144 - 149  

구송회 (국방과학연구소) ,  조원만 (국방과학연구소) ,  이방업 (국방과학연구소)

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

Behaviour of a thread joint of a rocket motor case show complex structural characteristics. Pre-torque must be applied to the threads to prevent the loosening of the interface from the additional pressure load. During the pressurization of the rocket motor case, the jointing face may be opened if th...

주제어

#나사체결   #초기하중   #토오크   #로켓 모타  

AI 본문요약
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제안 방법

  • MARC 코드에서 제공하는 축대칭 선형요소 (Axisymmetric Quadrilateral Linear Element)# 적용하였으며, 내부 압력은 Edge pressure로 1차 O-링 부까지 1.69kg/顽를 작용시켰다. 나사 접촉부위와 부품 간의 접촉부에는 MARC 코드에서 제공하는 접촉요소의 direct constraint 방법을 적용하였다.
  • 05이고, 조립 토오크가 200ft-lbs일 경우 최대 작동압력까지 조립 토오크의 영향이 남아 있음을 알 수 있었다. 본 연구 대상의 로켓 모타에서는 작동중 구조적인 안전성 및 기밀성능을 유지하기 위하여 나사부에 마찰계수를 가능한 작게 하여야 하며, 이를 위하여 몰리 코트 윤활제의 도포를 추천하고, 200ft-lbs의 조립 토오크로 나사부를 조립할 것을 제안하였다.
  • 본 연구에서는 나사부를 해석하기 위해서 나사 형상을 모델링하여 접촉부에 접촉요소를 적용하였으며, 나사부에 발생하는 응력이 항복강도를 초과할 수 있으므로 탄소성해석을 수행하였다.
  • 본 연구에서는 조립 토오크에 의한 초기 하중을 적용하기 위하여 나사 체결부에 MSC MARC 프로그램의 pre-load 기능을 이용하였다. 토오크에 의한 pre-load 크기와 마찰계수를 변화시켜 가며 해석을 수행하였으며, 실험치와 비교하여 적절한 조립 토오크 값을 선정하였다.
  • 조립 토오크에 의하여 발생하는 축방향 하중에 대한 해석의 정확성을 확인하기 위하여 그림 4와 같이 연 소관 표면에 2축 변형률 게이지를 부착하여 토오크값의 변화에 따른 연소관 외면의 변형률 변화를 측정하였다. 조립나사부에는 접촉부의 마찰계수에 따른 변형률을 측정하기 위하여 MEK 세척제로 나사부를 세척하여 토오크를 준 경우와 몰리코트를 도포한 후토오크를 준 경우에 대하여 시험을 수행하였다.
  • 접촉면 간의 마찰 모델은 Columb 마찰 모델 중에서 수정된 step 함수를 적용한 stick-slip 방법을 사용하였다回. 조립 토오크에 의한 초기하중은 overclosure tying 경계 조건으로 적용하였다. 이 방법은 임의 나사 면을 취하여 상하면을 분리시키고 외부에서 이 상하면을 제어할 수 있는 제어 절점(Control Node)를 생성시켜서 이 절점과 분리된 상하면에 constraint를 주어서 축하중에 의한 조립 토오크를 모사시키는 방법이 다7糾
  • 조립나사부에는 접촉부의 마찰계수에 따른 변형률을 측정하기 위하여 MEK 세척제로 나사부를 세척하여 토오크를 준 경우와 몰리코트를 도포한 후토오크를 준 경우에 대하여 시험을 수행하였다.
  • 토오크에 의한 pre-load 크기와 마찰계수를 변화시켜 가며 해석을 수행하였으며, 실험치와 비교하여 적절한 조립 토오크 값을 선정하였다. 탄소성 해석시 소성역에서의 재료 거동은 biTinear한 true-stress true-strain 관계를 적용하였다.
  • pre-load 기능을 이용하였다. 토오크에 의한 pre-load 크기와 마찰계수를 변화시켜 가며 해석을 수행하였으며, 실험치와 비교하여 적절한 조립 토오크 값을 선정하였다. 탄소성 해석시 소성역에서의 재료 거동은 biTinear한 true-stress true-strain 관계를 적용하였다.
  • 모델을 그림 1, 2에 나타내었다. 해석 모델은 실린더 부위에 균일한 응력분포를 갖게 하기 위해 실린더를 충분히 길게 모델링하여 끝단부의 영향을 최소화하였다.

데이터처리

  • 해석 모델링과 결과분석은 MSC PATRAN 2005r2 를 이용하였으며, 응력해석은 구조해석 전용 프로그램인 MSC MARC 2005를 이용하였다.

이론/모형

  • 69kg/顽를 작용시켰다. 나사 접촉부위와 부품 간의 접촉부에는 MARC 코드에서 제공하는 접촉요소의 direct constraint 방법을 적용하였다. 접촉면 간의 마찰 모델은 Columb 마찰 모델 중에서 수정된 step 함수를 적용한 stick-slip 방법을 사용하였다回.
  • 나사 접촉부위와 부품 간의 접촉부에는 MARC 코드에서 제공하는 접촉요소의 direct constraint 방법을 적용하였다. 접촉면 간의 마찰 모델은 Columb 마찰 모델 중에서 수정된 step 함수를 적용한 stick-slip 방법을 사용하였다回. 조립 토오크에 의한 초기하중은 overclosure tying 경계 조건으로 적용하였다.
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참고문헌 (9)

  1. J. H. Bickford, "An introduction to the design and behavior of bolted joints", Marcel Dekker, Inc, 1995 

  2. A. Yamamoto, "The theory and computation of thread connection", Youkendo, Yokyo, pp.39-54, 1980 

  3. I. R. Grosse, L. D. Nitchell, "Non-linear axial stiffness characteristic of axisy㎜etric bolted joint", Trans. ASME J. Mechanical Design 112, pp.442-449, 1990 

    상세보기 crossref

  4. T. F. Lehnohoff, W. E. Wistehuff, "Non-linear effects on the stress and deformations of bolted joints", Trans. ASME J. Mechnical Design, 118, pp.54-58, 1996 

  5. J. J. Chen, Y. S. Shih, "A study of the helical effect on the thread connection by three dimensional finite element analysis", Nuclear Engineering and Design 191, pp.109-116, 1999 

    상세보기 crossref

  6. 2005 MSC. MARC Topic Seminar, "Contact analysis with MSC. Marc", April 2005 

  7. 2005 MSC. MARC User's Guide Ch.2.2 "Thermo-Mechanical analysis of cylinder head joint with quadratic contact", pp.2.2.13-2.2.18 

  8. 2005 MSC. Marc User's Manual Vol. A, "Theory and user information: chap. 9 boundary conditions, overclosure tying", pp.628-631 

  9. R. L. Roehrich, "Torquing Stresses in Lubricated Bolts", Machine Design, pp.171-175, 1967. 6 

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