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문제 정의
- 본 논문에서는 실제 박판 평블록 구조의 조립시에 발생되는 용접변형을 최소화하기 위한 새로운 개 념의 변형 제어법으로서 선상가열을 이용한 소성 역변형법과 레버 블록을 이용한 기계적 인장법을 구 체적인 변형 제어 방안으로 제시하였고, 이의 타당성을 다수의 수치해석을 통해서 검증하였으며, 이러한 방법이 변형 제어에 매우 효과적이라는 사실은 실물 적용을 통해서 확인하였다. 이를 토대로 여객선 갑판 블록의 작업 공법을 판 두께와 정반 조건별로 표준화하였고, 이로부터 보강재 사이의 각변형과 자동 용접부 주위에 고질적으로 발생되어 온 갈매기 형태의 각변형을 현저히 줄일 수 있었다.
- 본 연구에서는 용접으로 인한 변형을 가능한 한 정밀하게 계산하기 위하여 비선형 열전달 및 열변형 해석을 수행하였다. 모든 수치해석은 범용 유한요소해석 프로그램인 ABAQUS를 이용하였고, 비정상 열전달문제를 풀어 온도분포의 시간 이력을 계산한 다음, 이 결과를 열하중으로 입력하여 열탄소성해 석을 수행하는 2단계 해석법을 적용하였다.
- 본 장에서는 여객선 갑판 블록의 조립 단계에서 발생되는 대표적인 용접변형인 보강재 사이의 각변 형과 자동 용접부 주위의 각변형을 효과적으로 제어할 수 있는 변형 제어법인 선상가열을 이용한 소 성 역변형법과 레버 블록을 이용한 기계적 인장법에 대한 실물 적용 실험을 수행하였고, 이에 대한 적용 효과에 대해서도 상세히 기술하였다.
- 본 절에서는 여객선 갑판 블록의 조립 단계에서 발생되는 맞대기와 필릿 용접변형을 효과적으로 제 어할 수 있는 최적의 변형 제어법에 대해서 기술하였다.
가설 설정
- 열변형해석시에도 모든 기계적인 재료 특성치들이 온도에 따라 변하도록 모델링하였다. 열전달해석의 경우에는 모든 면에서 대류로 인한 열손실이 있다고 가정하여 대류경계조건을 부가하였고, 대기의 온도는 20℃로 가정하였다. 또한 용접비드를 수치적으로 모델링하는 방법으로는 생성되는 비드요소에 체적열속을 가하는 방법으로 온도분포의 시간 이력을 구하였고, 이에 따라 열탄소성해석을 순차적으로 수행하였다.
- 필릿 용접 전의 선상가열에 대한 수치해석은 선상가열 토치의 수치적 모델인 표면열속을 가열 지점 인 보강재 간격의 1/2 지점에 가하여 해석을 수행하였는데, 이때도 용접 현상에 대한 해석과 마찬가지로 열전달해석과 열변형해석이 순차적으로 수행되며, 마찬가지로 재료의 소성 변형과 같은 기계적인 응답이 열전달에 아무런 영향을 미치지 못한다는 가정을 전제로 한다. 다시 말해서, 초기의 모델에선 상가열에 의한 열전달과 용접 현상에 의한 열전달을 순차적으로 수행한 다음, 이를 열탄소성해석의 온도 하중으로 순서대로 읽어들여 선가열·후용접(pre-heating & post-welding) 해석을 수행하였다.
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