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용접구조물의 변형 최소화를 위한 최적 용접순서의 해석적 방법
Analytical Methodology Obtaining an Optimal Welding Sequence for Least Distortion of Welded Structure 원문보기

大韓溶接·接合學會誌 = Journal of the Korean Welding and Joining Society, v.31 no.3, 2013년, pp.54 - 59  

하윤석 (삼성중공업 산업기술연구소 용접연구파트)

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

Several methodologies analyzing welding distortions of large shell structures like ship blocks have been developed and utilized in shipyards for a long times ago. In general, one of objects of thermal distortion analysis is to find welding sequence making least-deformation without any suppliance, an...

주제어

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문제 정의

  • 이 실험의 목적은 변형률 경계법으로 도출된 각기 다른 순서에서의 최종 변형 결과가 실제 결과와 얼마나 부합하는지 확인하는 것이었다. 따라서 이 연구에서는 동일한 형상의 용접구조물 시편을 도출 가능한 모든 용접순서의 가지 수만큼 제작한 후, 마찬가지의 해석과정을 거쳐서 변형의 결과가 좋은 순서대로 나열한 것이 실험과 해석 간에 같은 순서를 보이는 지를 확인하려고 하였다. 시편은 Fig.
  • 본 논문에서는 변형을 줄이는 용접순서를 해석적으로 찾는 방법을 연구하였다. 이 과정에서
  • Solver에서 초/분단위로 처리가 가능한 변형률 경계법이라도, 전후처리 과정에서 약한 시간씩의 준비 및 분석과정이 필요하므로, 실제 작업가능한 수준의 용접부는 24 (=4!) ~ 120 (=5!)가지의 해석이 필요한 용접부 4~5곳의 블록이 한계일 것이다. 본 연구는 탄소성 변형률 경계법의 활용을 극대화하기 위하여, 변형을 줄이는 용접순서를 도출하려고 하는 바, 순서 도출에 필요한 순서를 파격적으로 줄이지 않으면 해석방법론이 용접부가 많은 대형 블록에는 적용될 수 없는 점을 극복하는 것에 주안점을 두었다. 이에 기존의 열변형도 기반 탄소성 변형률 경계법을 검증하기 위한 동일블록 실험의 결과13)에 먼저 주목 하였다.
  • 이 실험의 목적은 변형률 경계법으로 도출된 각기 다른 순서에서의 최종 변형 결과가 실제 결과와 얼마나 부합하는지 확인하는 것이었다. 따라서 이 연구에서는 동일한 형상의 용접구조물 시편을 도출 가능한 모든 용접순서의 가지 수만큼 제작한 후, 마찬가지의 해석과정을 거쳐서 변형의 결과가 좋은 순서대로 나열한 것이 실험과 해석 간에 같은 순서를 보이는 지를 확인하려고 하였다.
  • 이에 본 연구는 현업에서의 오랜 경험규칙 한 가지를 적용하여 본 결과를 다시 고찰할 것이다. 조선소에서는 아주 높은 정도로 품질이 보장되어야 하는 부품에 대해서는, 여러 곳의 용접부에 대하여 변형을 가장 심하게 일으킬 것 같은 곳을 맨 마지막에 용접한다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
현재의 선체구조 열변형 해석에서의 가장 큰 공헌들에는 무엇이 있는가? 이는 열변형 해석이 기본적으로 연성해석(coupled analysis)인 관계로, 전통적인 3D 요소를 사용한 열탄소성 해석법9)으로는 전산 환경이 좋아진 현재에도 시편 단위의 분석에 수 시간이 걸리기 때문이다. 현재의 선체구조 열변형 해석에서의 가장 큰 공헌들을 열거하면 각 조선소의 3차원 전산설계로 부터의 모델링 시스템 구축10), 열변형 모델링에 각(shell)요소 사용11), 등가하중법12)에서 시작된 변형률 경계법13,15)의 사용 등이 있다.
열변형 수치해석의 정량적 결과의 적용을 세 가지로 설명하시오. 열변형 수치해석의 정량적 결과의 적용은 일반적으로 3가지로 이루어진다. 첫째, 소 부재의 조립 시 웹(web)의 거동처럼 면내 용접변형만 있는 경우에 역설계14)를 할 수 있다. 둘째, 용접의 면외 변형이 예상되는 부재나 선체블록을 히팅이나 굽힘하중을 이용하여 역방향으로 선행화하는 역가공을 할수 있다. 마지막으로 탑재 단계에서 탑재용접에 기인한 전체적인 뒤틀림을 고려하여, 중요한 정도에 맞추도록 세팅하는 역세팅을 들 수 있다. 그 외로는 설계단계에서부터 열변형을 고려하여 칼링(carling) 설치위치를 파악하는 도구로 쓸 수도 있다.
선박 건조 공정에서의 용접에 기인한 블록의 열변형해석 분야는 어디에 중점을 두고 발전했는가? 선박 건조 공정에서의 용접에 기인한 블록의 열변형해석 분야는 해석 대상의 규모 확대와 처리 속도의 증가에 관심을 두고 발전되어 왔다. 이는 열변형 해석이 기본적으로 연성해석(coupled analysis)인 관계로, 전통적인 3D 요소를 사용한 열탄소성 해석법9)으로는 전산 환경이 좋아진 현재에도 시편 단위의 분석에 수 시간이 걸리기 때문이다.
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참고문헌 (15)

  1. Ha, Y.S. : A Study on Weldment Boundary Condition for Elasto-Plastic Thermal Distortion Analysis of Large Welded Structures. Journal of KWJS, 29-4 (2011) 48-253 

  2. Song, Y.S., Seol, S.S., Yoon, K.W., Yang, M.S. Jeong, J.H. & Yoon, H.S. : A Study on the Prediction of Paint Dry Time at Ship Block's Inner Wall Placed in the Paint Dry Facility Adopting the Hot Air Supply System. Special Issue of the Society of Naval Architects of Korea, (2011), 75-81 

  3. Kang, J.G., Lee, C.H. & Shin, J.G. : Numerical analysis of induction heating for the application of line heating. Journal of the Society of Naval Architects of Korea, 37-3 (2000), 110-121 

  4. Oh, C.S. & Kim, Y.J. : Coupled Analysis of Hydrogen Transport Within ABAQUS. Journal of Mechanical Science and Technology, 33-6 (2011), 600-606 

  5. Ha, Y.S., Won, S.H. & Yi, M.S. : A Study for Remained Efficiency of Correction Heating after Block Lifting. Special Issue of the Society of Naval Architects of Korea, (2008), 118-125 

  6. Ha, Y.S. & Jang, C.D. : Developed Inherent Strain Method Considering Phase Transformation of Mild Steel in Line Heating. Journal of the Society of Naval Architects of Korea, 41-6 (2004), 65-74 

  7. Ha, Y.S. & Yi, M.S. : A prediction of Out-of-Plane Deformation on a Deck Plate by Temperature Difference between Steel and Air. Journal of the Society of Naval Architects of Korea, 49-3 (2012), 222-226 

  8. Hwang, J.H., Ahn, J.I., Lee, S.B. Kim, Y.H., Choung, J.S., Ham, S.H. & Lee, W.J. : Free Surface Procedure for Lifting Operation by Parallel Connected Floating Cranes using Synchronized Operation System and Its Applications to Lifting Operations of a Heavy Cargo. Special Issue of the Society of Naval Architects of Korea, (2009), 97-106 

  9. Lee, J.H., Shin, J.G. & Kim, J.H. : Three Dimensional Thermal-Elastic Plastic Analysis of GMAW Considering the Melting of Weld Bead. Journal of the Society of Naval Architects of Korea, 39(1) (2002), 49-60 

  10. Heo, H.Y., Park, J.G., Ha, Y.S. & Jang, T.W. : Develpment of Automatic Computer-Aided Engineering System for Weld Distortion Analysis in Ship Production. 2007 Altair Korea Technical Conference, Seoul, Republic of Korea, 19 October 2007 

  11. Jang, C.D. & Lee, C.H. A Study on the Prediction and Control of Welding Deformations of Ship Hull Blocks. Journal of the Society of Naval Architects of Korea, 37-2 (2000), 127-136 

  12. Ha, Y.S. & Jang, C.D. : An Improved Inherent Strain Analysis for Plate Bending by Line Heating Considering Phase Transformation of Steel. International Journal of Offshore and Polar Engineering, 17(2) (2007), 139-144 

  13. Ha, Y.S. : Development of Thermal Distortion Analysis Method on Large Shell Structure Using Inherent Strain as Boundary Condition. Journal of the Society of Naval Architects of Korea, 45-1 (2008) 93-100 

  14. Ha, Y.S. : Thermal Distortion Analysis by Incornel Over-lay at Circular Moonpool Structures. Journal of the Society of Naval Architects of Korea, 49-4 (2012), 304-311 

  15. Ha, Y.S. : A Study on Weldment Boundary Condition for Elasto-Plastic Thermal Distortion Analysis of large Welded Structures. Journal of KWJS, 29-4 (2011), 48-53 

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