유한요소해에 기초한 Knoop압입잔류응력 평가법
Evaluation of Residual Stress by Knoop Indentation Based on FEA Solutions
- 주제(키워드) 하중-변위 곡선 , 잔류응력 , Knoop 압입자 , 유한요소해석
- 발행기관 서강대학교 일반대학원
- 지도교수 이형일
- 발행년도 2010
- 학위수여년월 2010. 2
- 학위명 석사
- 학과 일반대학원 기계공학과
- 실제URI http://www.dcollection.net/handler/sogang/000000045755
- 본문언어 한국어
- 저작권 서강대학교의 논문은 저작권에 의해 보호받습니다
초록/요약
Knoop 압입시험법은 기존 시험법이 적용될 수 없는 부위의 잔류응력을 빠르고 간단하게 파악할 수 있는 시험법이다. 본 논문에서는 먼저 압입시험의 전산모사를 통해 탄성 압입자 모델의 압입 하중-변위곡선과 강체 압입자 모델의 압입 하중-변위곡선을 비교했다. 그리고 3차원 1/4모델을 이용해 Knoop 압입 유한요소해석 모델을 더욱 향상시켰다. Knoop 압입자를 이용한 압입 유한요소해석으로 잔류응력과 재료물성들 사이의 관계를 조사했다. 이로부터 기존 연구들에서 보고되었던 경도 불변성과는 달리 재료경도는 잔류응력의 크기와 방향, 재료물성치에 따라 민감하게 변화함을 관찰했다. 재료물성치의 영향을 받지 않는 무차원 압입변수들을 선정한다. 압입변수들 과 잔류응력 사이의 관계를 회귀해 양축등가 잔류응력 평가를 위한 압입 수식들을 제시한다. 제시된 압입법은 정확성에 있어 이전 압입방법들에 비해 크게 향상되었음을 확인할 수 있다. 이어 3D Knoop 유한요소모델을 사용해 양축등가 잔류응력 평가이론을 양축 부등가 잔류응력 평가기법으로 확장했다. 최종적으로 SS400, SM45C 시편에 대한 굽힘실험을 통해 제시된 잔류응력 평가 기법을 검증했다.
more초록/요약
Knoop indentation is quick and simple method for evaluating residual stresses of materials to which prior methods cannot be applied. In this work, it is confirmed that indentation load-displacement curve from elastic indenter models are almost identical to those obtained from rigid indenter models using FE simulation. We also improve Knoop indentation FE analysis model using 3D quarter model. By FE analyses of Knoop indenters, this work then examine the relationships between material properties and residual stresses. We observe that hardness is strongly dependent on the magnitude and sign of residual stress and material properties, while prior indentation studies reported that hardness is hardly affected by the residual stress. We select some dimensionless indentation parameters which are free from the effects of material properties. With numerical regressions of the data obtained, we propose indentation mapping formulae for the evaluation of equi-biaxial residual stress. The proposed indentation approach provides a substantial enhancement in accuracy compared with the prior methods. We then extend the equi-biaxial indentation theory to the evaluation the non-equi-biaxial residual stress state using 3D FE models for Knoop indentation. We finally verified the proposed method for residual stress evaluation via bending experiment of SS400 and SM45C steel beam.
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