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열간 단조 공정에서 기공의 변형과 방향 변화를 고려하는 기하학적 기공 폐쇄 모델

A Void Closure Model Considering the Shape and Orientation of Voids during Plastic Deformation in Hot Forging Processes

초록 (요약문)

이 논문에서는 일반적인 열간 성형공정에서 적용 가능한 기공 폐쇄 모델을 제안한다. 대표체적요소 방법을 통해 기공의 형상, 방향 및 응력 상태가 기공 폐쇄 경향에 미치는 영향을 분석하고, 제안된 모델은 각 변수들의 교차 영향을 고려한다. 제안된 기공 폐쇄 모델은 기공의 변형에 영향을 주는 매개 변수들의 유효 변형률에 대한 변화율을 고려하여 변형 중 변화하는 기공의 반경과 방향을 계산한다. 모델은 대표체적요소에서 기공의 폐쇄 경향을 우수하게 예측하였으며, 다단 압축 해석과 임의의 기공 형상에서도 적절히 기공 폐쇄를 예측하였다. 또한, Stress triaxiality based model(STB)과 상호 비교하여 이 연구에서 제안한 기공 폐쇄 모델이 더 일반적인 상황에서 적용 가능함을 보였다. 또한, 제안된 모델의 실험 검증을 위해 구형 및 타원체 기공을 직육면체 시편에 배치하고 압축 후 기공의 반경을 측정하였다. 측정된 결과는 제안된 모델의 계산 결과와 비교 검증되었다.

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초록 (요약문)

In this paper, a void closure model applicable to the general hot forming process is proposed. Through the representative volume element (RVE) method, the influence of void shape, orientation and stress state on void closure tendency was analysed. The void closure model was established so that it can consider these cross effects. The model calculates the changing void radius and orientation during deformation by considering the rate of change of the parameters affecting void deformation with respect to the effective strain. The model predicted the void closure tendency well on the RVE scale, and predicted the void closure adequately in a multi-stage process with random voids. The results were compared with the stress triaxiality based (STB) model, showing that the void closure model proposed in this study is applicable in general situations. A cogging process was analysed, and the degree of void closure at the end of each pass was compared with the calculated results of the void closure model. For the experimental verification of the proposed model, spherical and ellipsoid voids were placed in the rectangular specimen, and the radii of the voids after compression were measured. The measurement results were compared with the calculation results of the proposed model.

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