용접부 잔류응력 데이터를 이용한 차체 부품의 구조해석 방안 연구 :A Structural Analysis Technique for Automotive Body parts Using Residual stress Data of Weldment

오원태

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자료유형: 학위논문

저자정보: 오원태 (국민대학교, 국민대학교 대학원)

지도교수: 김흥규

발행연도: 2016

저작권: 국민대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.

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이 논문의 연구 히스토리 (3)

2016

용접부 잔류응력 데이터를 이용한 차체 부품의 구조해석 방안 연구

오원태 2016.01 학위논문

2015

용접부 잔류응력 데이터를 이용한 차체 부품의 구조해석 방안 연구

오원태 , 박성훈 , 이왕화 외 2명 한국자동차공학회 추계학술대회 및 전시회 2015.11 학술대회자료

용접잔류응력을 고려한 차체 부품의 강도 및 내구해석 방안

오원태 , 박성훈 , 이왕화 외 2명 한국자동차공학회 춘계학술대회 2015.05 학술대회자료

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자동차 경량화 및 연비절감 등 성능 향상을 위해 마그네슘, 플라스틱, 알루미늄 등의 경량화 소재가 개발되고 있으며 이러한 소재의 특성에 맞는 접합 및 용접 공정도 개발되고 있다. 용접 공정은 자동차 산업 분야에서 높은 강도, 중량 감소, 설비의 자동화가 용이하다는 장점으로 단위 부품 생산부터 차체 조립 라인까지 다방면으로 사용하고 있지만 용접 결함에 대한 예측이나 평가방법에 대한 연구가 미흡한 실정이다. 용접 결함을 예측하는 방법은 점용접과 아크용접, 레이저용접 등 용접 공정을 모사하는 방법으로 연구가 진행되어 왔으나 용접부의 온도분포를 정확히 알기에 어려움이 있으며 구조물의 형상이 기하학적일수록 신뢰성 높은 해를 얻기가 힘들다. 하지만 용접 결함을 고려한 평가 방법에 대한 연구는 미흡한 실정이다.
용접 결함은 스패터 및 용입불량, 상변태 등에 의해 발생하는 결함으로 대부분 용접 잔류응력과 밀접한 관계가 있다. 용접 잔류응력은 용접시 용접부위가 가열로 인하여 열팽창 되었다가 냉각되면서 국부적으로 수축 변형이 반복적으로 일어나 발생하는 응력이다. 이러한 용접 잔류응력은 용접 구조물의 피로강도를 저하시키거나 취성파괴 및 피로균열의 진전을 촉진시키므로 잔류응력을 고려한 평가 방안은 매우 중요한 사항이다.
본 논문에서는 잔류응력 측정방법을 통해 얻은 잔류응력 데이터를 용접부에 Mapping 하는 기법을 개발하였고 이를 바탕으로 측정 잔류응력 데이터를 이용한 강도 평가 기법을 제안하였다.
측정 잔류응력 데이터는 제한적이라는 단점이 있기 때문에 이러한 단점을 보완하고자 거리의 역수에 가중치를 둔 Mapping 기법을 개발하여 용접부 전체에 실제 잔류응력과 유사한 응력분포를 적용하였고 기법 유/무에 따른 강도 해석을 수행하여 용접 잔류응력이 부품의 강도 특성에 미치는 영향을 알고자 한다.

In theses days, some vehicle light-weighting materials such as magnesium, plastic and aluminium, etc,. are being developed for enhancing the vehicle performance in the ways of weight-lighting and fuel saving, etc. And accordingly some new joining and welding processes appropriate for the characteristics of such new materials are also being developed.
A welding process is used in multiple ways from the production process of each unit component to the automotive assembly line due to the following merits in the automobile industry: high strength, weight reduction and easiness to automate the relevant kinds of equipment. However, it is in the current situation that studies on the weld defect forecasting and the weld quality assessment methods are insufficient. As some methods for forecasting the weld defects, some studies have been conducted in the ways of replicating such welding processes as spot, arc and laser welding processes, but it is hard to exactly find out the temperature distribution on the welding areas. And the more geometrical the shapes of a structure are, the harder it is to acquire some reliable solutions. However, it is in the current situation that studies on the weld quality assessment methods considering some weld defects are insufficient.
Such weld defects usually occur due to spatter, lack of joint and phase transformation, etc., and most of them are closely related to the welding residual stress. Such a welding residual stress occurs in the way that the shrinkage deformation of a welding area is partially repeated while being cooled after having been thermally expanded while being heated. Such a weld residual stress decreases the fatigue strength of a welded structure or accelerates the brittle fracture and fatigue cracks, so it is very important to assess the weld quality while considering the residual stresses.
In this thesis, a method for mapping on some welding areas the residual stress data which was obtained by measuring the residual stresses was developed. And based on such results, a strength assessment method using the measured residual stress data is suggested.
Since such measured residual stress data is very limited, a mapping method giving a weighting on the reciprocal of a distance value was developed in order to supplement such a demerit. And thus, a stress distribution similar to the real residual stress distribution was applied to the total welding area. In addition, it is intended to find out the effects of a weld residual stress on the strength of a welded component by conducting a strength analysis depending on the cases that such a mapping method is used and isn''t.

목차 ⅰ
List of Figures ⅲ
List of Tables ⅴ
국문요약 ⅵ
1. 서론 1
1.1 연구 배경 및 목적 1
1.2 연구개요 및 내용 7
2. 이론적 배경 8
2.1 용접 잔류응력 8
2.2 잔류응력 측정방법 13
3. 측정 데이터를 활용한 해석 기법 15
3.1 가중치를 고려한 Mapping 기법 15
3.2 Mapping 기법의 타당성 검증 17
3.2.1 해석 모델링 17
3.2.2 Mapping 적용 결과[인장, 압축] 20
4. 자동차 부품(로어암) 강도 해석 및 평가 24
4.1 자동차 부품(로어암)의 FE 모델링 24
4.2 경계조건 및 하중조건 25
4.3 가중치를 고려한 Mapping 기법 적용 26
4.4 자동차 부품(로어암)의 강도해석 31
4.4.1 잔류응력을 고려하지 않은 강도 해석 31
4.4.2 잔류응력을 고려한 강도 해석 33
4.5 해석 결과 비교 36
5. 결론 37
References 39
Abstract 41

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