집중 국부하중을 받는 용접구조물의 설계기준 정립에 관한 연구 : 채널형 용접 빔 구조물을 대상으로 :

박윤기

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자료유형: 학위논문

저자정보: 박윤기 (서울대학교, 서울대학교 대학원)

발행연도: 2017

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이 논문의 연구 히스토리 (2)

2017

집중 국부하중을 받는 용접구조물의 설계기준 정립에 관한 연구 : 채널형 용접 빔 구조물을 대상으로

박윤기 산업·조선공학부 2017.01 학위논문

2014

국부적인 집중 반복하중을 받는 용접구조물의 피로강도 설계기준 정립에 관한 연구

박윤기 , 신종계 대한기계학회 춘추학술대회 2014.04 학술대회자료

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산업 전반에 걸친 구조물 제조 공정에서 경제성과 작업성 그리고 구조강도 측면에서 널리 적용되고 있는 용접은 용접연결부의 기하학적 노치 형상과 용접결함, 가열 및 냉각에 따른 금속조직의 열화, 인장잔류의 영향 등에 의한 피로강도 저하가 발생하게 된다. 따라서, 반복하중을 받는 용접구조물에서 피로강도 평가는 매우 중요한 설계검토항목이며 대부분의 산업규격 및 선급에서는 용접구조물에 대한 피로강도평가 기준을 제시하고 있다. 산업규격 및 선급에서 제시하고 있는 피로강도 설계기준은 하중 작용점과 멀리 떨어진 용접부를 기준으로 정의되어 있으며 지게차 작업장치의 채널형 용접 빔 구조와 같이 하중 작용부가 용접부 인근에 존재하는 구조물의 경우 관련 피로강도 평가 연구 사례가 없어 명확한 피로설계 근거를 적용하기 어려운 상황이다. 따라서, 본 연구에서는 하중 작용부가 용접부 인근에 존재하는 구조물에 대한 피로강도 평가 설계 기준을 정립하기 위해 채널형 용접 빔 구조를 가지는 지게차 작업장치 마스트에 대한 응력계측, 유한 요소 해석 및 피로시험을 수행하였다. 본 연구의 주요 내용을 요약하면 다음과 같다.
응력계측 및 유한 요소 해석 결과, 지게차 작업장치 마스트의 하중 작용부 인근 용접부의 국부영역에서는 국부적인 변형에 따른 응력거동 특성을 나타내며 하중 작용부를 제외하면 응력계측, 유한요소해석, 빔이론으로 평가한 마스트 구조물의 응력평가 결과가 비교적 잘 일치하였다.
구조해석을 통해 국부 집중하중을 받은 채널형 용접 빔 용접부의 정적강도와 피로강도를 평가하였다. 또한 시험계획법과 변수별 구조해석을 통해 채널형 용접 빔 용접부의 정적강도와 피로강도 정식화를 수행하고 채널형 용접 빔 용접부의 정적강도와 피로강도를 평가할 수 있는 프로그램을 개발하였다.
채널형 용접 빔 용접부의 핫스팟 응력을 피로시험과 유한 요소 해석으로 평가하고 이로부터 용접부의 형상편차 등을 고려한 노치 피로응력을 평가할 수 있는 기법을 제안하였다.
피로시험 및 유한 요소 해석 결과를 바탕으로 집중 국부하중을 받는 채널형 용접 빔 용접부의 피로강도 설계기준을 정립하였다.

#집중하중 #용접구조물 #피로강도 #피로시험 #유한요소해석

1. 서론 1
1.1 연구의 배경 1
1.2 연구 현황 7
1.2.1 응력-수명 방법 7
1.2.2 변형률-수명 방법 9
1.2.3 파괴역학적 방법 10
1.3 연구 목적 및 범위 12
2. 용접부 강도 평가 15
2.1 용접부 정적강도 평가 15
2.2 용접부 피로강도 평가 18
2.2.1 용접부 피로선도의 정의 18
2.2.2 용접부 응력 평가 방법 27
2.3 피로하중을 받는 용접부 각장 설계 기준 35
3. 채널형 용접 빔 구조물의 응력거동 규명 및 방정식 41
3.1 지게차 작업장치의 구조 41
3.2 지게차 작업장치의 작용 하중 분석 47
3.3 채널형 용접 빔 구조물의 응력계측 52
3.3.1 응력계측 방법 54
3.3.2 응력계측 결과 62
3.4 채널형 용접 빔 구조물의 응력평가 75
3.4.1 유한요소 해석 모델 75
3.4.2 빔이론을 이용한 강도평가 82
3.4.3 응력평가 결과 83
4. 채널형 용접 빔 용접부의 강도평가 가공 방법의 89
4.1 용접부 강도평가를 위한 하중 선정 90
4.2 정적강도 평가 97
4.3 피로강도 평가 100
4.4 용접부 정적강도 및 피로강도 정식화 102
4.4.1 정식화를 위한 해석변수 선정 102
4.4.2 유한요소 해석 및 정식화 결과 111
4.5 용접부 피로강도 검증 121
4.5.1 피로시험 121
4.5.2 유한요소 해석 126
4.5.3 피로시험 및 유한요소 해석 결과 130
5. 결론 132
참고문헌 135
Abstract 145

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