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유한요소법을 활용한 평판압연에서의 롤 판 연계 해석 - Part I: 접근법
3-D Coupled Analysis of Deformation of the Strip and Rolls in Flat Rolling by FEM - Part I: Approach 원문보기

소성가공 = Transactions of materials processing : Journal of the Korean society for technology of plastics, v.26 no.4, 2017년, pp.228 - 233  

박효진 (포항공과대학교 기계공학과) ,  황상무

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

In flat rolling mills, demands for precise process set-up and control are increasing than ever before. Consequently, it is imperative to establish a novel approach, which would provide valuable information regarding the detailed aspects of deformation behavior of the strip, and rolls during rolling....

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 본 논문에서는 3차원 탄성롤과 탄소성 판의 연계해석을 위한 방법이 상세하게 기술 되었다. 유한요소 수식화, 객체 군의 다중의 접촉 문제에 대한 접근방법을 소개 하였으며 반복적인 계산 과정에서 구해지는 해를 업데이트 하는 방법과 단계적으로 하중을 적용시키는 방법 또한 제시 하였다.
  • 이 논문에서는 독자적으로 개발한 3차원 탄성 롤 탄소성 판의 연계 유한요소 시뮬레이션의 새로운 접근 방법을 제시하며 유한요소법 수식화, 수렴 과정 및 계산 과정을 자세히 설명한다. 이를 다양한 실제 공정에 적용하며 예측 정확도는 실험을 통해 얻어진 실측치와 비교하도록 한다.

가설 설정

  • 객체 A와 B가 서로 접촉하고 있다고 가정해 보자. 만약 객체 A가 객체 B를 강체(rigid body)로 여긴다면 객체 B는 객체 A에게 법선 변위 경계 조건(normal-displacement prescribed boundary condition)을 제공 해야 한다.
  • 경계에 있는 요소(element) 표면이 아니라 법선뱡향으로 이동하는 것을 방지하는 경계에서의 절점을 고려하면 σn 의 분포는 절점이 존재하는 무한히 작은 영역에 한정된다고 가정할 수 있다.
  • 시간 t=ti-1 에서 변형되는 물체의 형상, 응력, 변형률 분포가 주어져 있다고 가정하자.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
판 크라운에서 조금 더 진보된 유한 요소 해석 접근 방법이 필요한 이유는? 판 크라운의 온라인 모델 예측치가 불과 마이크로미터 단위의 오차를 발생시켜도 큰 사고로 이어지므로 조금 더 진보된 유한 요소 해석 접근 방법이 필요하다.
열연 혹은 냉연 등 평판압연에서 롤과 판의 형상을 예측하는 일이 고품질의 상품을 생산하기 위한 필수조건인 이유는? 열연 혹은 냉연 등 평판압연에서 롤과 판의 형상을 예측하는 일은 고품질의 상품을 생산하기 위한 필수조건이다. 이것은 생산성의 향상에도 도움이 된다.
압연은 어떤 과정인가? 압연은 마찰 구동(friction driven) 과정이며 따라서 롤과 판의 경계면에서 일어나는 마찰 거동을 적절히 반영하는 것이 중요하다. 쿨롱 마찰을 가정하면식 (4)에 나타나는 표면력 항이 롤과 판 또는 롤과 롤 경계면에서 나타난다.
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참고문헌 (11)

  1. G. J. Li, S. Kobayashi, 1982, Rigid-plastic Finite-Element Analysis of Plane Strain Rolling, ASME Trans., J. Eng. Ind.,Vol.104, p. 55. 

  2. S. M. Hwang, S. Kobayashi, 1984, Preform Design in Plane Strain Rolling by the Finite Element Method, Int. J. Machine Tool Des. Res., Vol.24, pp.253-266. 

  3. T. Hirakawa, F. Fujita, M. Kamata, Y. Yamada, 1984, Analysis of Strip Rolling by the Finite Element Method, Adv. Technol. Plast., Vol. 2, pp.1132-1137. 

  4. T. H. Kim, W.H. Lee, S. M. Hwang, 2003, An Integrated FE Process Model for the Prediction of Strip Profile in Flat Rolling, ISIJ Int., Vol.43, No. 12, pp.1947-1956. 

  5. J. S. Lee, T. J. Shin, S. J. Yoon, S. M. Hwang, 2016, Prediction of Steady-state Strip Profile in Flat Rolling, Steel Res. Int., Vol.87, No. 7, pp. 930-940. 

  6. R. M. Guo, 1997, Prediction of Strip Profile in Rolling Process using Influence Coefficients and Boussinesq's Equation, J. Manuf. Sci. Eng., Vol.119, pp. 220-226. 

  7. A. Hacquin, P. Montmitonnet, J. P. Guillerault, 1998, A 3D Semi-analytical Model of Rolling Stand Deformation with Finite Element Validation, Eur. J. Mech. A: Solids, Vol.17, No. 1, pp. 79-106. 

  8. K. H. Yun, T. J. Shin, S. M. Hwang, 2007, A Finite Element-based On-line Model for the Prediction of Deformed Roll Profile in Flat Rolling, ISIJ Int., Vol.47, No. 9, pp. 1300-1308. 

  9. A. S. Malik, R. V. Grandhi, 2008, A Computational Method to Predict Strip Profile in Rolling Mills, J. Mater. Process. Technol., Vol.206, pp. 263-274. 

  10. K. Linghu, Z. Jiang, J. Zhao, F. Li, D. Wei, J. Xu, X. Zhang, X. Zhao, 2014, 3D FEM Analysis of Strip Shape during Multi-pass Rolling in a 6-high CVC Cold Rolling Mill, Int. J. Adv. Manuf. Technol., Vol.74, No. 9-12, pp. 1733-1745. 

  11. R. D. Krieg, D. B. Krieg, 1977, Accuracies of Numerical Solution Methods for the Elastic-Perfectly Plastic Model, J. Pressure Vessel Tech., ASME, Vol. 99, pp. 510-515. 

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