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[국내논문] 해상풍력발전용 타워플랜지 소재의 잉고트 파쇄공정설계
Ingot-Breakdown Design of Tower Flange Material for Offshore Wind Turbine 원문보기

소성가공 = Transactions of materials processing : Journal of the Korean society for technology of plastics, v.21 no.7, 2012년, pp.412 - 419  

유가영 (재료연구소, 타이타늄연구실) ,  강남현 (부산대학교 재료공학과) ,  김정한 (재료연구소, 타이타늄연구실) ,  홍재근 (재료연구소, 타이타늄연구실) ,  이종수 (포항공과대학 신소재공학과) ,  이진모 ((주)태웅, 기술연구소) ,  김남용 ((주)태웅, 기술연구소) ,  염종택 (재료연구소)

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

The ingot-breakdown scheme of a tower flange material (low-alloy steel) for offshore wind turbine was investigated using finite element (FE) simulations and experimental analyses. Based on compression test results of the low-alloy steel, a deformation processing map was generated using the superposi...

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문제 정의

  • 본 연구에서는 해상용 풍력발전기 타워플랜지 소재에 대한 고온 압축시험을 통해 고온 변형 거동을 이해하고자 하였다. 또한, 잉고트 파쇄공정에 앞서 변형공정 지도를 바탕으로 한 최적공정설계 조건 도출과 유한요소해석을 수행하였으며, 이를 토대로한 실제 플랜지 소재에 대한 잉고트 파쇄공정을 통해 본 공정설계의 신뢰성을 입증하고자 하였다.
  • 본 연구에서는 해상용 풍력발전기 타워플랜지 소재에 대한 고온 압축시험을 통해 고온 변형 거동을 이해하고자 하였다. 또한, 잉고트 파쇄공정에 앞서 변형공정 지도를 바탕으로 한 최적공정설계 조건 도출과 유한요소해석을 수행하였으며, 이를 토대로한 실제 플랜지 소재에 대한 잉고트 파쇄공정을 통해 본 공정설계의 신뢰성을 입증하고자 하였다.
  • 이 때, 최대응력 후 유동응력이 감소되는 가공연화 현상은 균열, 전단밴드 등의 성형결함 발생을 제외하고는 대부분 동적 재결정에 기인한 것으로, 조직 관찰을 통해 이를 검증 하고자 하였다.
  • 본 연구에서는 이러한 소성불안정인자를 저합금강의 고온 변형 안정구간을 평가하는데 활용하였다. Fig.
  • 본 연구에서는 해상용 풍력발전기 타워플랜지 소재에 대한 잉고트 파쇄공정에 앞서 유한요소해석과 변형공정지도를 바탕으로 한 공정설계를 수행하고 다음과 같은 결과를 얻었다.
  • 일반적으로 온도가 증가함에 따라 재료의 파괴 변형량이 증가하게 되며, 이로인해 온도가 증가할수록 Dcrit 가 증가하게 된다. 따라서 철계합금의 상온Dcrit 값을 고온에 적용하는 것은 다소 소재의 결함발생을 과대평가할 가능성이 있으나, 본 연구에서는 좀더 엄격한 성형결함기준을 적용하기 위해서 철계합금의 상온 Dcrit를 고온 잉고트 파쇄공정에 대한 성형결함발생 기준치로 활용하고자 하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
재료의 유동응력을 얻기 위해서 현재 가장 많이 활용되고 있는 방법은 무엇인가? 또한, 유한요소해석의 신뢰성 확보를 위해서는 변형속도, 온도, 변형량에 따른 정확한 재료의 유동응력 데이터를 얻어야 함과 동시에 재료의 고온변형거동을 이해하는 것이 선행되어야 한다[2].재료의 유동응력을 얻기 위해서 현재 가장 많이 활용되고 있는 방법은 ThermacMaster-Z 또는 Gleeble 등과 같은 소형 열간 가공 재현 시뮬레이터를 이용한 열간 성형성 시험을 통해 유한요소 해석에 활용할 유동응력곡선을 도출하는 것이다. 이는 이러한 실험을 통해 변형속도, 변형량, 변형온도 등을 변수로 하여 재료의 변형 거동을 이해하기가 용이하기 때문이다.
유한요소해석의 신뢰성 확보를 위해서는 무엇이 필요한가? 또한, 유한요소해석의 신뢰성 확보를 위해서는 변형속도, 온도, 변형량에 따른 정확한 재료의 유동응력 데이터를 얻어야 함과 동시에 재료의 고온변형거동을 이해하는 것이 선행되어야 한다[2].재료의 유동응력을 얻기 위해서 현재 가장 많이 활용되고 있는 방법은 ThermacMaster-Z 또는 Gleeble 등과 같은 소형 열간 가공 재현 시뮬레이터를 이용한 열간 성형성 시험을 통해 유한요소 해석에 활용할 유동응력곡선을 도출하는 것이다.
세계적으로 풍력발전기의 시장이 점차 확대되고 있으며, 풍광이 좋은 극한환경에서의 설치와 용량이 증가하고 있는 이유는 무엇인가? 풍력발전은 지구 온난화, 그린 에너지, 저탄소 녹생성장과 밀접한 관계를 가지는 중요한 신재생에너지원으로 인식되고 있다. 이러한 이유로 최근 세계적인 풍력발전기의 시장이 점차 확대되고 있으며, 풍광이 좋은 극한환경(해양 및 극저온)으로의 설치와 함께 용량이 증가하고 있는 추세이다.
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참고문헌 (12)

  1. L. Germanisher, 2003, Rules and regulations, IV - Non-marine, Part 1 -Wind Energy, Regulation for the certification of the Wind Energy Conversion Systems, Germanischer Lloyd, Hamburg, Chapter 1-11. 

  2. S. H. Cho, S. I. Kim, Y. C. Yoo, 1998, The EF Fects of Deformation Variables on Hot Workability of Austenitic Stainless Steel, Met. Mater. Int., Vol. 4, No. 4, pp. 732-736. 

  3. E. J. Jung, J. T. Yeom, J. H. Kim, D. G. Lee , N. K. Park, C. S. Lee, 2006, Evaluation of High Temperature Workability of A350 LF2 using the Deformation Processing Map, Trans. Mater. Process., Vol.15, No.4, pp. 333-339. 

  4. Y. V. R. K. Prasad, T. Seshacharyulu, 1998, Modelling of Hot Deformation for Microstructural Control, Int. Mater. Rev., Vol. 43, No. 6, pp. 243-258. 

  5. C. I. Garcia, G. D Wang, D. E. Camus, E. A. Loria, A. J. EdArdo, 1994, Hot Deformation Behavior of Superalloy 718, The Minerals, metals & Materials Society, TMS, USA, pp. 293-302. 

  6. H. Ziegler, 1963, Progress in Solid Mechanics, John Wiley and Sons. New York, NY, Vol. 4, p. 93. 

  7. F. Ozturk, D. Lee, 2004, Analysis of Forming Limits Using Ductile Fracture Criteria, J. Mater. Process. Technol., Vol. 147, No. 3, pp. 397-404. 

  8. J. T. Yeom, Y. S. Na, 2002, Assessment of Hot Deformation and Grain Size Distribution in a Udimet 720Li Pancake, Trans. Mater. Process., Vol. 11, No. 6, pp. 538-546. 

  9. J. T. Yeom, N. K. Park, C. S. Lee, 2004, Manufacturing Technology of High-Quality Superalloy Alloy 718 Billet, Trans. Mater. Process., Vol. 13, No. 8, pp. 653-662. 

  10. J. Y. An, Y. J. Kwon, D. L. Lee, S. I. Kim, Y. C. Yoo, 2005, Modeling of Flow Stress and Micro-Structural Variations in Strain Induced Dynamic Transformation of Low Carbon Steel by Hot Torsion Deformation, J. Kor. Inst. Met. Mater., Vol. 43, No. 11, pp. 740-743. 

  11. N. K. Park, J. T. Yeom, Y. S. Na, 2002, Characterization of Deformation Stability in Hot Forging of Conventional Ti-6Al-4V Using Processing Maps, J. Mater. Process. Technol., Vol. 130-131, pp. 540-545. 

  12. D. H. Kim, H. M. Kim, N. K. Park, 1992, Deformation Behavior of Superalloy 718 under Compression Load, J. Kor. Inst. Met. Mater., Vol. 30, No. 11, pp. 1393-1400. 

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