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문제 정의
- 본 논문에서는 유한요소해석을 이용하여 스틸 코드 롤러교정공정의 영향인자 분석을 수행한다. 해석시 간의 효율성을 고려하여 단순 유한요소해석 기법을 구성한다.
제안 방법
- 해석시 간의 효율성을 고려하여 단순 유한요소해석 기법을 구성한다. 구성된 유한요소해석 기법을 바탕으로 주요 공정변수인 역 장력 과 압하량에 따른 탄성 복원 각(elastic recovery angle) 및 롤러 하중 (roller fmce)을 정량적으로 평가한다. 이와 동시에 초기 스틸코드의 형상에 따른 롤러교정공정의 교정 효과를 분석한다.
- 구성된 유한요소해석 기법을 바탕으로 주요 공정변수인 역 장력 과 압하량에 따른 탄성 복원 각(elastic recovery angle) 및 롤러 하중 (roller fmce)을 정량적으로 평가한다. 이와 동시에 초기 스틸코드의 형상에 따른 롤러교정공정의 교정 효과를 분석한다. 롤러교정공정 전후의 잔류응력 분포를 관찰함으로써 롤러교정공정의 교정 매커니즘을 확인한다.
- 이와 동시에 초기 스틸코드의 형상에 따른 롤러교정공정의 교정 효과를 분석한다. 롤러교정공정 전후의 잔류응력 분포를 관찰함으로써 롤러교정공정의 교정 매커니즘을 확인한다.
- 본 연구에서는 롤러의 수, 롤러 반경, 롤러 간격을 각각 7개, 5 mm, 13 mm로 고정하고 역장력과 압하량을 공정 변수로 선정하였다. Fig.
- 스틸코드는 세 가닥의 선재로 구성되어 있다. 스틸코드의 형상에 따른 롤러교정공정의 교정도를 분석하기 위하여 Fig. 3과 같이 100 mm의 곡률반경을 갖는 두 가지 형상의 스틸 코드를 추가적으로 고려하였다. 해석은 외연적 상용 유한요소해석 프로그램 LS-DYNA3D v971을 사용하여 수행하였다.
- 스틸코드를 단순화하기 위하여 압하공정의 유한요소해석을 수행하고 이를 바탕으로 스틸 코드의 경로를 확보하였다. 압하공정의 해석은 내연적 상용 유한요소해석 프로그램 ABAQUS/Standard V6.
- 경계조건으로 스틸코드의 좌측 끝단에 역장력을 부가하였으며 우측 끝단에 구속조건을 부가하였다. 해석시간의 효율성을 고려하여 스틸코드는 표면요소(surface element)로 모델링하였다. 스틸코드를 지 정된 경로로 통과시키 기 위하여 확보한 경로를 0.
- 해석시간의 효율성을 고려하여 스틸코드는 표면요소(surface element)로 모델링하였다. 스틸코드를 지 정된 경로로 통과시키 기 위하여 확보한 경로를 0.05 mm 오프셋하여 강체요소로 모델링하고 스틸코드 양끝 단면의 중심과 접촉조건을 부가하여 구속하였다.위의 과정을 통하여 롤러교정공정 의 단순 해석 기법을 구성 하였으며 해석시 간을 크게 단축하였다.
- 05 mm 오프셋하여 강체요소로 모델링하고 스틸코드 양끝 단면의 중심과 접촉조건을 부가하여 구속하였다.위의 과정을 통하여 롤러교정공정 의 단순 해석 기법을 구성 하였으며 해석시 간을 크게 단축하였다.
- 롤러교정공정의 초기 경계조건으로 압하량 1.5 mm, 역장력 500 MPa을 부가하고 유한요소해석을 수행하였다. 스틸코드는 롤러교정공정 동안 각 롤러를 통과하며 주기적인 굽힘변형을 겪으며 이를통하여 최종 제품의 잔류응력을 감소시키며 스틸 코드의 직선성을 향상시킨다.
- 롤러교정공정의 교정도 및 롤러수명을 평가하기 위하여 스틸코드의 탄성복원각 및 롤러 하중을 측정하였다. 탄성복원각을 측정하기 위하여 Fig.
- 탄성복원각을 측정하기 위하여 Fig. 7 과 같이 롤러교정공정 전후에 탄성복원해석을 수행하고 스틸코드의 비틀림각을 측정하였다. 롤러교정공정 중 각 롤러 에서 발생하는 하중을 Fig.
- 양끝단 롤러에서는 약 50%의 롤러하중이 발생하며 이를 통하여 각 롤러에서 스틸코드의 굽힘량에 따라 롤러하중이 결정됨을 알 수 있다. 롤러 하중이 증가할수록 롤러의 수명은 감소하므로 각 롤러에서 발생하는 하중 중에서 최대치를 대표 값으로 선정하여 평가기준으로 활용하였다.
- 역장력과 압하량의 변화에 따른 인자분석을 수행하고 탄성복원각과 롤러하중을 정량적으로 평가하였다. Table 3과 같이 4수준으로 설계표를 작성하였으며 각 설계경우에 대하여 유한요소해석을 수행하였다.
- 롤러교정공정의 메커니즘을 확인하기 위하여 롤러교정공정 전후에 선재의 잔류응력 분포를 비교하였다. 경계조건의 영향을 제외하기 위하여 선재 중앙부로부터 1 피치(14 mm) 를 관찰하였다.
- 경계조건의 영향을 제외하기 위하여 선재 중앙부로부터 1 피치(14 mm) 를 관찰하였다.Fig.
- 본 연구에서는 롤러교정공정의 단순 유한요소해석 기법을 구성하고 주요 공정변수의 인자분석을 수행하였다. 이를 통하여 주요 공정변수에 따른 탄성복원각 및 롤러하중을 평가하였으며 잔류응력 분포를 관찰하여 롤러교정공정의 메커니즘을 설명하였다.
- 수행하였다. 이를 통하여 주요 공정변수에 따른 탄성복원각 및 롤러하중을 평가하였으며 잔류응력 분포를 관찰하여 롤러교정공정의 메커니즘을 설명하였다. 인자분석 결과를 통하여 롤러교정공정 설계 시에 주요 공정변수의 조절을 통하여 롤러 수명과 교정효과를 동시에 향상시킬 수 있음을 확인하였다.
데이터처리
- 경로를 확보하였다. 압하공정의 해석은 내연적 상용 유한요소해석 프로그램 ABAQUS/Standard V6.7-1 을 사용하였으며 Fig. 5에 변형형상을 도시하였다. 경계조건으로 스틸코드의 좌측 끝단에 역장력을 부가하였으며 우측 끝단에 구속조건을 부가하였다.
이론/모형
- 3과 같이 100 mm의 곡률반경을 갖는 두 가지 형상의 스틸 코드를 추가적으로 고려하였다. 해석은 외연적 상용 유한요소해석 프로그램 LS-DYNA3D v971을 사용하여 수행하였다. 롤러는 강제요소로 모델링하였으며 롤러와 스틸코드 사이의 마찰과 롤러의 회전을 무시하였다.
성능/효과
- 이를 통하여 주요 공정변수에 따른 탄성복원각 및 롤러하중을 평가하였으며 잔류응력 분포를 관찰하여 롤러교정공정의 메커니즘을 설명하였다. 인자분석 결과를 통하여 롤러교정공정 설계 시에 주요 공정변수의 조절을 통하여 롤러 수명과 교정효과를 동시에 향상시킬 수 있음을 확인하였다.
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