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고유변형도를 경계조건으로 갖는 대형 각(殼) 구조물 열변형 해석법 개발
Development of Thermal Distortion Analysis Method on Large Shell Structure Using Inherent Strain as Boundary Condition 원문보기

大韓造船學會 論文集 = Journal of the society of naval architects of korea, v.45 no.1, 2008년, pp.93 - 100  

하윤석 (삼성중공업 산업기술연구소 용접연구파트)

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

There are two ways of conventional thermal distortion analysis. One is the thermal elasto-plastic analysis and the other is the equivalent forces method based on inherent strain. The former needs exorbitant analysis time, while the latter cannot obtain results of stress field and it needs much time ...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 또한 건조되는 선박은 미리 전선구조설계가 이루어지는데 이 모델을 재사용하지 못하고 용접열변형을 위해 새로 모델링을 해야 한다면 이것도 큰 부담이 될 수 있다. 따라서 본 해석법은 요소분할에 자유도를 높이기 위하여 용접선 쉘 요소를 따라가는 봉요소를 사용하는 기법을 추가로 제시하려고 한다.
  • 본 연구는 앞서 지적한 것과 같이 고유변형도의 개념을 그대로 살리면서도 FEM 사용시 입력인자는 스칼라가 되도록 하며 정상적인 응력장이 도출되는 해석기구를 고안하는 것을 목표로 하였다. 이에 주목한 것은 재료 물성치인 열팽창계수이다.

가설 설정

  • 일단 맞대기 용접이라면 열영향부 전체가 갇힐 수 있는 가상의 최소 직사각형 공간을 가정하고, 이것을 기준으로 요소분할이 이루어진다(Fig. 3). 또한 그러한 경우에 대하여 가상의 절점 온도는 상부와 하부에 각 식 (1)을 따르는 것으로 하였다.
  • 정확한 열변형량의 도출은 해석법이 결정하는 것이 아니라 입력값의 정확성이 결정한다고 가정되었으므로, Table 1 의 주요 비교 항목은 소요시간과 같이 사용자가 얼마나 편하고 쉽게 해석할 수 있는가로 정하였다.
  • 그런데, 등가하중법이 선체블록과 같은 대형 쉘 구조물의 용접변형에 적용되는 데에는 걸림돌이 크게 두 가지가 있다. 첫째는 입력인자인 하중이 벡터라는 것이다. 전통적인 열탄소성 해석은 입력인자가 열량, 즉 에너지이므로 스칼라 물리량이다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
열변형을 해석할 수 있다는 것은 무엇을 의미하는가? 용접은 반드시 열변형을 수반하기 때문에, 관리만으로 고정도의 품질을 유지하려면 간접생산비가 매우 증가한다. 따라서 열변형을 해석해낼 수 있다는 것은 역변형, 보강, 공정변경 등의 방법으로 용접 품질을 해결할 수 있다는 것을 의미한다. 최근에는 선박건조의 속도가 매우 빨라짐에 따라, 열변형 해석이 가능해야 한다는 요구에 덧붙여, 그것이 매우 빨리 수행될 수 있어야 하며, 하나의 해석이 여러 가지 결과를 도출할 수 있어야 한다는 것이 추가로 요구되고 있다.
등가하중법의 핵심은 무엇인가? 1997)이다. 이 방법은 단순 시편의 실험변형량(Lee et al. 1994)으로부터, 혹은 열이력이 가해진 부재에 내재한 고유변형도의 계산으로부터 열영향부에 대하여 등가 하중을 적분해내는 것이 핵심이다. 일단 하중이 도출되면 해석에 걸리는 시간은 일반 구조해석과 같아지며, 실제 Jang and Lee(2000)는 선박 조립공정에서 중조블록 수준의 평블록을 순서까지 고려해 변형해석을 하는데 성공한 바 있다.
열탄소성 해석법은 어떻게 해석을 수행하는가? 첫 번째 방법은 열량을 입력인자로 갖는 가장 오랜 전통을 가지고 있는 열탄소성 해석법이다. 이 방법은 3 차원 솔리드 요소를 사용하며 열전도 방정식과 온도차에 의한 열변형도로부터 탄소성 해석이 이루어진다. 선박 건조에 있어서는 곡가공을 위한 변형 해석에 많이 활용(Lee and Shin 2002)되었다.
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참고문헌 (15)

  1. ESI Group, 2006, SYSWORLD(R) 2006 Release Notes, ESI Group, 75761 PARIS CEDEX 16 

  2. Ha, Y.S. and Jang, C.D., 2007, 'An Improved Inherent Strain Analysis for Plate Bending by Line Heating Considering Phase Transformation of Steel,' International Journal of Offshore and Polar Engineers, Vol. 17, No. 2, pp. 139-144 

  3. Ha, Y.S. and Jang, C.D., 2004,' Development of Inherent Strain Method Considering Phase Transformation of Mild Steel in Line Heating,' Journal of the Society of Naval Architects of Korea, Vol. 41, No. 6, pp. 65-74 

  4. Ha, Y.S., Jang, C.D., Kim, J.T. and Mun, H.S., 2007, 'Analysis of Post-Weld Deformation at the Heat-Affected Zone Using External Forces Based on the Inherent Strain,' International Journal of Precision Engineering and Manufacturing, Vol. 8, No. 4, pp. 56-62 

  5. Ha, Y.S., Kim, J.S. and Jang, C.D., 2005,' Prediction of Plate Deformation Considering Film Boiling in Water Cooling Process after Line Heating, ' Journal of the Society of Naval Architects of Korea, Vol. 42, No. 5, pp. 462-468 

  6. Jang, C.D., Ha, Y.S., Ko, D.E. and Moon, S.C, 2002,'Determination of Inherent Strain Regions to Estimate Plate Deformation by Line Heating,' Journal of the Society of Naval Architects of Korea, Vol. 39, No. 1, pp. 82-89 

  7. Jang, C.D., Kim, T.H., Ko, D.E., Lamb, T. and Ha, Y.S., 2005, 'Prediction of steel plate deformation due to triangle heating using the inherent strain method,' Journal of Marine Science Technology, Vol. 10, No. 4, pp. 211-216 

  8. Jang, C.D., Ko, D.E., Moon, S.C. and Seo, Y.R., 2001,' Simulation of Plate Deformation by Triangle Heating Process, ' Journal of the Society of Naval Architects of Korea, Vol. 38, No. 4, pp. 66-74 

  9. Jang, C.D. and Lee, C.H, 2000,' A Study on the Prediction and Control of Welding Deformations of Ship Hull Blocks,' Journal of the Society of Naval Architects of Korea, Vol. 37, No. 2, pp. 127-136 

  10. Kang, S.S., 2006, Analysis Method Development for Welding Deformation in Curved Block, SHIASERC No. 2006-24-01, Pusan 

  11. Kim, J.T., Ha, Y.S. and Jang, C.D., 2006,' Analysis of Post Weld Deformation at HAZ by External Forces Based on Inherent Strain, ' Journal of the Society of Naval Architects of Korea, Vol. 44, No. 6, pp. 220-227 

  12. Ko, D.E., Jang, C.D., Seo, S.I. and Lee, H.W., 1997,' Realtime Simulation of Deformation due to Line Heating for Automatic Hull Forming System,' Journal of the Society of Naval Architects of Korea, Vol. 36, No. 4, pp. 116-127 

  13. Lee, J.H. and Shin, J.G., 2002,' Relations between Input Parameters and Residual Deformation in Line Heating process using Finite Element Analysis and Multi-Variable Analysis,' Journal of the Society of Naval Architects of Korea, Vol. 39, No. 2, pp. 69-80 

  14. Lee, J.S., Kim, S.I. and Oh, S.J., 1994,'Plate Forming Automation System of Steel Plates by Line Heating Method(I),' Journal of the Society of Naval Architects of Korea, Vol. 31, No. 4, pp. 139-146 

  15. Masubuchi, K., 1980, Analysis of Welded Structures, Massachusetts Institute of Technology, Pergamon Press, Oxford OX3 0BW 

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