수정 혼합법칙을 통한 국부용접부의 유동응력상수 결정
Determination of flow stress model parameters of local weld zone via modified rule of mixture
- 주제(키워드) 인장시험 , 경도시험 , 구성방정식 , 용접금속 , 유한요소해석 , 최적화 , Tensile test , Hardness test , Constitutive law , Weld material , Finite element analysis (FEA)
- 발행기관 서강대학교 일반대학원
- 지도교수 이형일
- 발행년도 2021
- 학위수여년월 2021. 2
- 학위명 석사
- 학과 및 전공 일반대학원 기계공학과
- UCI I804:11029-000000065776
- 본문언어 한국어
- 저작권 서강대학교 논문은 저작권보호를 받습니다.
초록/요약
본 연구는 용접부 유동응력모델의 재료상수를 획득하는 수정된 혼합법칙을 제안한다. 제안법에서, 인장시험의 인장하중 - 변위 곡선과 용접부 경도분포로 추정한 하중 간 차이를 최소화하는 재료상수를 추정한다. 모재의 재료상수와 비커스 경도로 용접부 재료상수를 추정하기 위해, 한 개의 회귀상수로 구성된 모재 - 용접부 경도비와 재료상수에 대한 관계식을 수립한다. 또한 연속적인 유동응력 분포를 얻기위해, 이산적 경도분포를 회귀할 수 있는 경도분포 함수를 제시한다. 이후, 추정된 용접부 유동응력을 시편단면에 대해 적분해 임의의 회귀상수에 대한 인장하중을 예측하고 시험하중과 비교한다. 방향 탐색법인 Nelder¬ - Mead 법을 사용해 예측 - 시험 하중 차이를 최소화하는 최적 회귀상수를 정하며, 유사물성 도출을 피하고자 인장시험의 하중 - 변위 곡선 의 네킹지점에 대한 제한조건을 사용한다. 추정된 용접부 재료상수로 수행한 단축인장 유한요소해석 결과의 항복과 극한하중은 각각 시험과 8 , 7 % 미만의 차이를 보여 제안법의 신뢰도를 검증했다. 다른 크기를 갖는 세 개의 인장시편에 대해 추정된 용접부 재료상수의 차이는 3 % 미만으로, 본 연구에서 제안하는 수정된 혼합법칙은 시편크기에 대한 독립성을 갖는다.
more초록/요약
This study proposes a new method to obtain the material constants of plastic constitutive laws of weld metal. In the method, material constants are obtained as a solution of optimization problem for minimizing the gap between the predicted tensile load and tensile test load. To estimate the material constants of weld metal, a general relation between the hardness ratio and material coefficients is established. A hardness distribution function is suggested to obtain the continuous hardness distribution from the discrete hardness distribution. The tensile load is predicted by integrating the flow stresses of differential areas over the entire section of tensile specimen, and compared with the tensile load from the test. The optimal regression coefficients that minimize the difference between the predicted and test loads are derived using the Nelder-Mead simplex search algorithm. The constraint condition for the nominal strain at diffuse necking is applied in the convergence procedure to avoid the ‘mystical’ property. The reliability of the estimated weld material properties was verified as the tensile load at yielding and necking from FEA results shows a maximum error of 8 % and 7 % compared to experiments, respectively. Since the difference in the estimated material constants of weld metals from the three different tensile specimens is less than 3 %, and the modified rule of mixture in this study are independent of the specimen size.
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