[논문]롤투롤 와인딩 시스템에서 소재 특성을 고려한 반경 방향 응력에 대한 연구

김성용; 이창우

doi:10.7736/kspe.2015.33.2.115

롤투롤 와인딩 시스템에서 소재 특성을 고려한 반경 방향 응력에 대한 연구
Study on the Radial Stress Considering Mechanical Characteristics of Substrate in Wound Rolls 원문보기

한국정밀공학회지 = Journal of the Korean Society for Precision Engineering, v.33 no.2, 2016년, pp.115 - 119

Abstract ▼ AI-Helper

Winding is one of the major processes in roll-to-roll systems. Taper tension profile in a winding determines the distribution of stress in the radial direction, i.e., the radial stress in the wound rolls. Maximum radial stress is major cause of material defect, and this study has been actively proceeded. Traditional models of radial stress model were focused on flexible and light substrate. In this study, we developed an advanced radial stress model including effects of both these parameters(weight and stiffness) on the radial stress. The accuracy of the developed model was verified through FEM(Finite Element Method) analysis. FEM result of maximum radial stress value corresponds to 99 % in comparison to result with the model. From this study, the material defects does not occur when the steel winding. And steel industry can be applied to improve the winding process.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

본 연구는 금속 소재의 와인딩을 위한 자중 및 굽힘 응력을 고려한 모델의 적합성을 검증하기 위하여 유한요소 해석을 통한 검증을 실시하였다.
본 연구에서는 와인딩 롤 내부 반경 응력 예측을 위하여 소재의 무게와 굽힘 효과를 고려한 모델을 제안하며, 유한요소 법을 통하여 모델 적합성을 검증하였다.

가설 설정

(2) 반경 방향에서 발생하는 소재 응력은 주응력이다.
(6) 감김 롤 최 외부에서 반경방향 응력은 고려하지 않는다.

제안 방법

모델 설계 시, 실제 와인딩 롤 반경 및 반경 방향 변위 대신, 코어 반경에 대한 실제 변수의 비율을 이용하였다. 실제 변수 대신 코어 반경에 대한 변수 비율 이용 시, 샘플링 간격을 더 조밀하게 이용할 수 있다는 이점이 있으며 따라서, 모델을 이용한 응력 해석이 용이하다는 이점이 있다.
반경 응력 시뮬레이션을 위한 구조 동해석을 실시하였다. Fig.
본 연구에서 제안한 모델을 이용하여 반경 응력 시뮬레이션을 실시하였다. 시뮬레이션에 사용된 소재의 물성치는 Table 1에 나타난다.
유한요소 해석(Abaqus)을 통해 수학적 모델의 검증을 실시하였다. 유한요소 해석을 통한 최대 반경 응력은 수학 모델을 통한 시뮬레이션 결과와 99% 일치함을 알 수 있다.

데이터처리

본 연구를 통해 개발된 모델의 적합성을 검증하기 위해 유한요소 해석(Abaqus)을 통한 비교 검증을 실시하였다.

성능/효과

(1) 와인딩 구간에서 와인딩 방향 및 반경 방향 변형은 탄성한도 이내에서 발생한다.
(2) 개발된 모델에서는 밀도는 두께 방향 응력과 그에 따른 잔류 응력에 영향을 미치며, 두께 방향 응력을 증가시키는 반면, stiffness의 영향은 두께 방향 응력의 잔류 응력에 영향을 미치면서 두께 방향 응력을 감소시킨다.
(3) 개발된 수학적 모델은 유한요소 해석(Abaqus) 을 통하여 그 성능이 검증되었다.
(3) 와인딩 소재 사이에 갭은 존재하지 않으며, 소재 간 슬립은 발생하지 않는다.
(7) 코어 최 외부에서 반경방향 응력(σrr) 및 변 위(ū)는 감김 롤에서 코어와 가장 인접한 부분의 반경방향 응력 및 변위와 동일하다.
본 연구에서 제안된 모델을 바탕으로 진행된 반경 응력 시뮬레이션 결과는 Fig. 4에 나타나며, 최대 응력은 513.9MPa임을 알 수 있다.
유한요소 해석(Abaqus)을 통해 수학적 모델의 검증을 실시하였다. 유한요소 해석을 통한 최대 반경 응력은 수학 모델을 통한 시뮬레이션 결과와 99% 일치함을 알 수 있다.

후속연구

(4) 본 연구 결과를 통해 철강 소재의 와인딩 진행 시 철강 소재의 결함이 발생하지 않으며, 철강업계 경쟁력 강화를 위한 와인딩 공정 개선에 적용될 수 있다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	롤투롤 (Roll-to-Roll) 연속 공정은 어떤 특징을 가지는가?	롤투롤 (Roll-to-Roll) 연속 공정은 필름 기반의 생산 및 연속 인쇄에 적용되며, 초고속 대량 생산이 가능한 높은 생산성이 특징이다. 와인딩 (Winding) 은 롤투롤 연속 공정의 최종 단계로 작업 간 결함이 발생 할 경우 적절한 보상이 어렵다.
	스타링 (Starring) 결함을 대비하여 필수적인 것은 무엇인가?	감김롤 (Wound roll) 내부에 응력 분포의 불균일이 발생할 경우 롤은 품질에 악영향을 미치는 스타링 (Starring) 결함이 발생할 수 있다. 따라서 와인딩 시 반경응력 분포의 예측 및 최적화가 필수적이다. 1-6
	롤투롤 연속 공정에서 와인딩의 단점은 무엇인가?	롤투롤 (Roll-to-Roll) 연속 공정은 필름 기반의 생산 및 연속 인쇄에 적용되며, 초고속 대량 생산이 가능한 높은 생산성이 특징이다. 와인딩 (Winding) 은 롤투롤 연속 공정의 최종 단계로 작업 간 결함이 발생 할 경우 적절한 보상이 어렵다. 감김롤 (Wound roll) 내부에 응력 분포의 불균일이 발생할 경우 롤은 품질에 악영향을 미치는 스타링 (Starring) 결함이 발생할 수 있다.

참고문헌 (9)

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상세보기
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상세보기
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