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대형구조물의 구조해석 정밀도 향상을 위한 용접부 모델링 기법
Modeling Scheme for Weld-Jointed Parts for Precise Structural Analysis of Large-Scale Structures 원문보기

大韓機械學會論文集. Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers. A. A, v.36 no.10, 2012년, pp.1195 - 1203  

다웨이진 (부산대학교 기계공학부 대학원) ,  박상후 (부산대학교 기계공학부)

초록
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용접은 대형구조물을 제작할 때 영구적 접합을 위해서 많이 사용하는 공정이다. 용접부는 용융부, 부분용융부, 열영향부로 나누어지며 각각의 영역들은 다른 재료물성을 가지게 된다. 또한 용접부는 용접비드 형상에 따라 기계적 신뢰성이 많이 차이 난다. 따라서 정밀한 구조해석을 수행하기 위해서는 이러한 국부적인 용접부의 특성을 잘 고려해야 한다. 본 연구에서는 이러한 용접부의 효과적인 모델링 방법에 대하여 제안하고자 한다. 특히 하중을 받는 구조물에 잘 일어나는 세 가지 변형모드(인장모드, 굽힘모드, T-굽힘모드)에 대하여 용접부를 정밀하게 모델링하는 방법을 제안하였다. 대형구조물의 구조해석을 통하여 제안된 모델링 방법이 변형, 응력분포 등을 좀 더 정밀하게 묘사해 줌을 해석적으로 확인하였다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

Welding is a well-developed, widely used process for permanently joining metal components. However, the mechanical reliability of welded parts still offers room for improvement. A weld region consists of a fusion zone, a partially melted zone, and a heat-affected zone, and each zone has different ma...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • (12) 마이크로 경도 실험은 용접과정에서 열 영향으로 재료물성이 국부적으로 달라지는 영역을 정하는데 유용하다. 그리고 인장실험의 경우 용접된 시편의 전체적인 재료거동을 분석하고, 모재에 대한 재료물성을 얻기 위하여 실시하였다. 또한 용접 맞대기부의 형상에 따라 재료거동에 미치는 영향을 인장실험으로 알아보았다.
  • 이러한 것을 개선하기 위하여 국부적인 경도실험을 통하여 용접부의 물성을 파악하고 물성에 따른 세부 영역으로 나누어서 해석에 반영하도록 하였다. 또한 용접 맞대기부의 형상에 따라 이러한 용접부 물성 불균일성이 어떻게 달라지는지도 확인하였다. 그리고 용접 비드의 형상을 단순화시켜 등가 두께를 고려하는 방법으로 해석의 정밀도를 올리는 방법을 제안하였다.
  • 따라서 용접비드를 고려한 모델링이 필요한데, 쉘 모델에서 이러한 용접비드 형상을 정밀하게 묘사하기가 어렵다. 본 연구에서는 수직 및 수평 두 판의 두께를 고려하여 두 판의 중심선이 만나는 조건을 이용하여 간단하게 용접비드를 모델링하는 방법을 제안하였다.
  • 본 연구에서는 아아크 용접(Arc welding)에서 열 영향부와 용융부의 불균일한 물성을 고려하여 구조해석의 정밀도를 향상시키는 모델링 방법을 제안하고자 한다. 일반적으로 대형구조물의 구조해석에서는 용접부가 구조물의 전체 형상에 비하여 크기가 매우 작기 때문에 용접 비드(weld bead) 및 용접부 물성 불균일성을 무시하고 해석을 수행하는 경우가 많다.
  • 따라서 용접 구조물에 걸리는 변형모드에 따라 해석 모델을 적용하게 되면 해석의 정밀도 향상과 계산시간을 줄일 수 있는 효과가 있다. 본 연구에서는 이러한 세 가지 대표적 변형모드에 대하여 효과적으로 해석 모델링하는 방법에 대하여 연구하였다. 먼저 인장모드에 대하여 알아보았다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
정밀구조해석을 위해 국부적인 용접부의 특성을 잘 고려해야 하는 이유는? 용접부는 용융부, 부분용융부, 열영향부로 나누어지며 각각의 영역들은 다른 재료물성을 가지게 된다. 또한 용접부는 용접비드 형상에 따라 기계적 신뢰성이 많이 차이 난다. 따라서 정밀한 구조해석을 수행하기 위해서는 이러한 국부적인 용접부의 특성을 잘 고려해야 한다.
용접은 무엇을 위해 많이 사용하는가? 용접은 대형구조물을 제작할 때 영구적 접합을 위해서 많이 사용하는 공정이다. 용접부는 용융부, 부분용융부, 열영향부로 나누어지며 각각의 영역들은 다른 재료물성을 가지게 된다.
용접부는 어떻게 나뉘는가? 용접은 대형구조물을 제작할 때 영구적 접합을 위해서 많이 사용하는 공정이다. 용접부는 용융부, 부분용융부, 열영향부로 나누어지며 각각의 영역들은 다른 재료물성을 가지게 된다. 또한 용접부는 용접비드 형상에 따라 기계적 신뢰성이 많이 차이 난다.
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참고문헌 (16)

  1. Easterling, K. E., 1993, "Mathematical Modeling of Weld Phenomena," H. Cerjack and K. E. Easterling Eds, Institute of Materials, pp. 183-200. 

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  13. ASTM E 190-92, 2003, "Standard Test Method for Guided Bend Test for Ductility of Welds. " 

  14. Callister, W. D., 2006, "Materials Science and Engineering: An Introduction," 7th Edition, John Wiley & Sons Inc. 

  15. Pavlina, E. J. and Van Tyne, C. J., 2008, "Correction of Yield Strength and Tensile Strength with Hardness for Steels," JMEPEG, Vol. 17, pp. 888-893. 

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