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문제 정의
- 본 논문에서는 응력과 변형률의 함수로서 계산되는 몇가지 파단 모델들을 적용하여 성형해석을 수행하였고, 성형성 평가에 적용 가능 여부를 판단하고자 하였다. 이를 위해 고강도 알루미늄 합금인 Al6061-T6에 대하여 ISO 표준 규격[4]을 따 르는 한계돔높이시험(Limit Dome Height)의 성형해석을 수행하였으며, 파단예측을 기존에 수행되어왔던 방법들과 파단모델로 계산된 방법을 나누어 비교하였다.
제안 방법
- (1) Cockcroft-Latham, Rice-Tracey, Brozzo, EWK 파단 조건을 사용하여 한계돔 높이 시험에 대한 성형해석을 수행하였으며, 시험결과와 비교하였다.
- 다양한 연성파괴모델들 중 그 특징이 다른 Cockcroft-Latham(1968)[5], Rice-Tracey(1969)[6], Brozzo(1972)[7], Wilkins(1980)[8] 모델을 선정하였다. 각 모델들은 가중치항의 함수들이 어떠한 변수들을 포함하는지에 따라 손상 값을 계산하는 방법이 다르며, Table 1과 같이 파단에 영향을 미치는 삼축 응력(triaxility stress)항과 비대칭 응력(stress asymmetry)항을 나누어 고려 여부를 비교하였다. 각 모델의 구성식을 순서대로 식(3)에서부터 (6)까지 나타내었다.
- 본 연구에서는 성형한계 및 파단 예측을 하기 위해 몇 가지 연성파괴모델들을 적용하였으며, 그 차이점을 평가하였다. 다양한 연성파괴모델들 중 그 특징이 다른 Cockcroft-Latham(1968)[5], Rice-Tracey(1969)[6], Brozzo(1972)[7], Wilkins(1980)[8] 모델을 선정하였다.
- 본 연구에서는 한계돔높이 시험에 대한 성형해석을 수행하였으며, 실험과 파단 모델을 사용한 성형한계를 서로 비교하였다.
- 연성파괴 기준 파단 평가의 경우 지금까지 제안되어왔던 Cockcroft-Latham, Rice-Tracey, Brozzo, EWK 기준을 사용하였는데 이때, upper surface와 lower surface의 손상 값의 차이를 비교하고자 하였다. 또한 계산된 손상 값의 경우 1에 도달할 경우 파단 발생하였다고 판단 할 수 있다.
- 1은 한계돔 높이 시험의 유한요소모델로 상형과 하형 금형이 닫힌 후 반구형 펀치에 의해 성형되는 것을 나타낸다. 위로부터 펀치(punch), 홀더(holder), 블랭크(blank), 다이(die) 순으로 구성하였다. 펀치와 접촉이 가장 먼저 일어나는 부분을 6mm로 정하였으며, 이 부분의 요소사이즈는 0.
- 본 논문에서는 응력과 변형률의 함수로서 계산되는 몇가지 파단 모델들을 적용하여 성형해석을 수행하였고, 성형성 평가에 적용 가능 여부를 판단하고자 하였다. 이를 위해 고강도 알루미늄 합금인 Al6061-T6에 대하여 ISO 표준 규격[4]을 따 르는 한계돔높이시험(Limit Dome Height)의 성형해석을 수행하였으며, 파단예측을 기존에 수행되어왔던 방법들과 파단모델로 계산된 방법을 나누어 비교하였다.
- 241mm로 측정되었다. 이와 같은 결과를 바탕으로 성형한계도를 사용한 파단 평가를 수행하였다. 성형한계도는 F.
대상 데이터
- 성형 후 변형률 모드별 발생되는 데미지 값이 upper surface와 lower surface에 따라 서로 다르기 때문에 이를 확인할 필요성이 있다. Fig. 2는 한계돔 높이 시험에서 서로 다른 변형률 모드를 확보하기 위한 소재 형상을 나타내고 있으며, Nakajima 형상을 사용하였다. 펀치 스트로크(stroke)의 경우 파단발생을 위해 재료의 성형한계 이상으로 변형되도록 하였다.
- 본 논문에서는 고강도 알루미늄 합금인 Al6061-T6를 사용하였으며, 재료 데이터의 경우 Wilkins등의 시험 값을 바탕으로 적용하였다. Table 1은 논문에서 사용한 재료 데이터 및 EWK 재료상수 값을 나타내고, Fig.
- 이와 같은 결과를 바탕으로 성형한계도를 사용한 파단 평가를 수행하였다. 성형한계도는 F. Djavanroodi등[11]의 성형한계 데이터를 사용하였다.
이론/모형
- 본 연구에서는 성형한계 및 파단 예측을 하기 위해 몇 가지 연성파괴모델들을 적용하였으며, 그 차이점을 평가하였다. 다양한 연성파괴모델들 중 그 특징이 다른 Cockcroft-Latham(1968)[5], Rice-Tracey(1969)[6], Brozzo(1972)[7], Wilkins(1980)[8] 모델을 선정하였다. 각 모델들은 가중치항의 함수들이 어떠한 변수들을 포함하는지에 따라 손상 값을 계산하는 방법이 다르며, Table 1과 같이 파단에 영향을 미치는 삼축 응력(triaxility stress)항과 비대칭 응력(stress asymmetry)항을 나누어 고려 여부를 비교하였다.
- 펀치 스트로크(stroke)의 경우 파단발생을 위해 재료의 성형한계 이상으로 변형되도록 하였다. 또한 홀딩력의 경우 드로인(drawing-in)을 방지하기 위해 250KN을 적용하였으며, 해석시간을 고려하여 1/4 대칭 모델을 사용하였다.
성능/효과
- (2) Cockcroft-Latham, Rice-Tracey, Brozzo 모델의 경우 드로잉모드, 평면 변형률모드, 등이축변형 모드에 따라 성형한계가 실험으로부터 구한 성형 한계도 보다 각각 30%, 24%, 40%이상 높게 나타났지만 EWK모델의 경우 실험과 유사한 것을 확인하였다.
- (3) EWK 파단 모델의 경우 정수압항과 비대칭-변형률항의 적용으로 기존의 파단 모델보다 정확한 파단 평가 결과를 얻을 수 있었다.
- (4) 한계돔 높이 시험 결과와 성형해석을 비교한 결과 파단 부위 및 위치가 EWK파단 조건을 적용한 것과 유사하였다.
- 5 은 형상에 따른 upper surface 데미지 값을 나타내었다. 기존의 파단 모델인 Cockcroft-Latham, Rice-Tracey, Brozzo 모두 성형한계이상에서 파단 발생이 예상되며, upper surface와 lower suface의 경우에도 손상 값의 차이는 있지만 성형한계도를 사용한 파단 평가와의 비교 결과 오차가 있는 것을 알 수 있었다.
- 폭 175mm 소재의 등이축모드의 경우 FLD 파단 평가와 가장 유사한 결과를 얻을 수 있었다. 또한 기존의 파단 조건의 경우 손상값 증가 폭이 크지 않았지만 EWK 파단 평가의 경우 손상 값의 경우 급격히 증가한 것을 알 수 있는데, 이와 같은 결과는 EWK 모델의 w1항은 정수압항으로 w1 # 1과 같기 때문에 손상 값의 큰 영향을 미치지 않으나, 비대칭-변형률 항인 w2항에서 응력장(stress field)항인 A값의 경우 A # 0이기때문에 손상 값이 급격히 증가하는 것으로 판단된다.
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