이중압입을 통한 금속의 잔류응력 및 물성 동시평가
Simultaneous evaluation of equi-biaxial residual stress and material properties using dual flat-spherical indentation method
- 주제어 (키워드) 압입 , 유한요소해석 , 잔류응력 , 재료물성 , 이중압입; Indentation , Finite element analysis , Residual stress , Material property , DFSI
- 발행기관 서강대학교 일반대학원
- 지도교수 이형일
- 발행년도 2024
- 학위수여년월 2024. 2
- 학위명 석사
- 학과 및 전공 일반대학원 기계공학과
- 실제URI http://www.dcollection.net/handler/sogang/000000076686
- UCI I804:11029-000000076686
- 본문언어 한국어
- 저작권 서강대학교 논문은 저작권 보호를 받습니다.
초록
본 연구는 이중 평면-구형 압입 (dual flat-spherical indentation; DFSI) 을 통해 금속의 양축등가 잔류응력과 탄소성 물성을 동시 평가하는 방법을 제시한다. 압입 하중-변위 곡선은 잔류응력에 따라 변동하므로, 기존 연구는 해당 차이를 잔류응력 예측에 활용했으며 재료 물성 파악을 위한 사전 실험이 요구되었다. 또한, 기존 단일 압입 방식은 금속의 탄소성 물성 평가를 위해 사전 잔류응력 제거 작업이 필요했다. DFSI 는 (i) 먼저 시편에 평면압입 (flat indentation; FI) 하고, 이후 (ii) 평면 압입자 압흔의 중앙에 구형압입 (spherical indentation; SI) 함으로 수행된다. 잔류응력이 존재해도 거의 동일한 구형압입 단계 하중- 변위 곡선과 잔류응력에 따라 달라지는 평면압입 단계 하중-변위 곡선을 얻음을 확인한다. 일반 금속 물성 범위에서의 유한요소해석을 통해, 구형압입 단계로부터 탄소성 물성을 평가하는 수식과, 평면압입 단계로부터 잔류응력을 예측하는 사상함수들을 회귀를 기반으로 각각 제시한다. 동시 평가 알고리즘을 구축하고, 이를 통해 금속의 양축등가 잔류응력과 탄소성 물성을 통합적으로 예측 가능함을 보인다. 응력이 가해진 강 시편에 대한 DFSI 시험을 행함으로, 제시한 방법을 실험적으로 검증한다.
more초록
A method for simultaneous evaluation of equi-biaxial residual stress (RS) and elastic-plastic material properties in metals is proposed by using dual flat-spherical indentation (DFSI) technique. Since the load-depth (P-ht) curve varies depending on RS, traditional researches utilized the differences to estimate RS, requiring preliminary tests for material property. In addition, preliminary RS removal process was required to evaluate elastic-plastic properties of metals in traditional single indentation approaches. It is shown that DFSI, which involves two indentation steps: (i) performing flat indentation (FI) on the specimen and then (ii) performing spherical indentation (SI) at the center of residual flat indentation imprint, provides almost identical SI (step II) P-ht curve even with RS, unlike different FI (step I) P-hf curve with RS. Regression based numerical mapping functions for evaluating elastic-plastic properties by SI step and estimating RS by FI step, respectively, are established with a set of finite element analyses for a wide range of general metallic properties. Simultaneous evaluation algorithm is developed, which allows an integrated prediction of RS and elastic-plastic properties in metals. The proposed method is experimentally validated by performing DFSI on mechanically stressed steel specimens.
more목차
제 1 장 서 론 1
1.1 압입을 통한 금속 물성평가 1
1.2 압입을 통한 금속 잔류응력 평가 3
1.3 연구목표 4
제 2 장 연구방법 5
2.1 동시평가 방법론 5
2.2 유한요소해석 모델 6
2.3 이중압입을 통한 물성평가 8
2.4 이중압입을 통한 잔류응력 평가 11
제 3 장 결과 및 수치적 검증 19
3.1 잔류응력에 따른 이중압입 응답 특성 19
3.2 물성평가 기법의 수치적 검증 20
3.3 동시평가 기법의 수치적 검증 21
제 4 장 실험 29
4.1 시편 및 실험장치 29
4.2 구형압입 시험 30
4.3 이중압입 시험 32
4.4 실험적 검증 33
제 5 장 결 론 37
References 49
