초록 ▼

본 연구는 금속의 주조 공정의 효율적인 설계를 위하여 주조공정의 수치적 해석을 수행하고 공정설계에 필요한 제반 정보를 얻을 수 있는 CAE 시스템의 개발을 목적으로 한다. 주조공정은 아직도 완전히 밝혀지지 않은 여러 복잡한 현상을 포함하며, 현재까지 대부분 경험이나 시행착오에 의해 공정설계가 행해지고 있다. 주조공정은 크게 용융금속을 주형에 주입하는 단계와 주입이 완료된 주물을 냉각, 응고시키는 두 단계로 구분할 수 있는데 이 과정에서 최종 제품의 품질을 결정하는 것은 유체의 유동과 열전달이다. 따라서 본 연구에서는 유한요소

본 연구는 금속의 주조 공정의 효율적인 설계를 위하여 주조공정의 수치적 해석을 수행하고 공정설계에 필요한 제반 정보를 얻을 수 있는 CAE 시스템의 개발을 목적으로 한다. 주조공정은 아직도 완전히 밝혀지지 않은 여러 복잡한 현상을 포함하며, 현재까지 대부분 경험이나 시행착오에 의해 공정설계가 행해지고 있다. 주조공정은 크게 용융금속을 주형에 주입하는 단계와 주입이 완료된 주물을 냉각, 응고시키는 두 단계로 구분할 수 있는데 이 과정에서 최종 제품의 품질을 결정하는 것은 유체의 유동과 열전달이다. 따라서 본 연구에서는 유한요소법을 이용하여 주조공정을 둘로 나누어 용탕의 주입단계에서 열전달과 상변화를 포함한 유동해석을 수행하고, 주입이 완료된 상태에서 비선형 열전달해석과 열응력 해석을 포함한 응고공정의 해석을 수행하였다. 압력계산기법, 자유표면의 처리, 요소망 재구성 기법, 상변화 처리 기법 등 수치적으로 효과적인 여러 기법이 개발되었으며, 이를 이용한 프로그램을 작성하여 여러 검증 문제의 풀이를 통하여 개발된 프로그램의 타당성을 보였으며, 현재의 수치적 방법이 갖는 한계성에 관해서도 논의하였으며, 두 부분을 통합적으로 연계시켜 효과적인 주조공정설계용 CAE 시스템을 구축하였다. 이러한 공정해석을 통하여 예상되는 결함을 예측하고, 제반 공정변수의 적절한 선택이 가능하게 되고, 이를 통하여 기존 제품의 생산에 대한 생산성을 높이고, 새로운 제품의 설계 시 효율을 높일 수 있다.

목차 Contents

• 1. 서 론...11
• 1-1. 연구의 배경 및 필요성...11
• 1-2. 연구의 내용, 범위 및 방법...12
• 2. Lagrangian 수식화를 이용한 유동해석...17
• 2-1. 서 론...17
• 2-2. 용탕 주입 시 재료유동에 대한 유한요소 수식화...18
• 2-3. 용탕 주입 시 상변화를 고려한 열전달에 대한 유한요소 수식화...22
• 2-4. 압력계산 기법...24
• 2-5. 유동해석의 계산순서...25
• 2-6. 유동해석 프로그램의 검증을 위한 예제...26
• 3. 상변화와 열응력 해석을 포함한 응고해석...44
• 3-1. 서 론...44
• 3-2. 열응력 해석 유한요소정식화...45
• 3-3. 응고해석 프로그램의 검증을 위한 예제...46
• 4. Delaunay 삼각법을 이용한 유한요소 격자 재구성...60
• 4-1. 서 론...60
• 4-2. 요소망 재구성 결정기준(remeshing criteria)...60
• 4-3. 요소망 재구성 과정...61
• 4-4. 변수의 이동 (Transport)...64
• 4-5. 격자 재구성에 대한 검증을 위한 예제...65
• 5. 주조 공정해석...76
• 5-1. 서 론...76
• 5-2. 주입과 응고를 고려한 공정해석...76
• 5-3. 평판의 주조공정실험 및 전산모사...78
• 6. 결론 및 향후 연구과제...100
• 7. 참 고 문 헌...102
• 8. 논문발표계획...107
• 9. 학위배출실적...107