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전선 용접 변형 해석을 통한 선미 블록 탑재 시 축계 변형 예측 연구
이재성,강봉국,이동주 대한용접·접합학회 2021 대한용접학회 특별강연 및 학술발표대회 개요집 Vol.2021 No.11
용접으로 제작되는 선체 제작 공정 특성 상 건조 단계에서 필연적으로 선체 변형이 수반되며, 특히 축계에 인접한 선미 블록 탑재시 발생하는 변형은 고 정밀도를 요구하는 추진 축계 정렬 공정에 직접적인 영향을 미치기 때문에 용접에 의한 변형 영향을 고려하여 축계 정렬 작업(Pre-Sighting) 착수 시점이 결정되어야 한다. 축계 작업은 선박의 건조 공기 지연을 유발할 수 있는 매우 중요한 공정으로 현재 조선소에서는 선종별 축계 작업 착수 시점을 선행화 하려는 노력이 진행중이나, 이에 대한 역학적 근거 및 데이터가 전무한 실정으로 축계 작업 착수 시점 최적화에 어려움을 겪고 있다. 이에 본 연구에서는 주요 선종별 선미 블록 탑재 시 발생하는 용접 변형을 유한요소해석을 통해 예측하고, 계측 결과와 비교를 통해 예측 기법의 타당성을 검증하였다. 유한요소해석을 위해 주요 선종별 선미 블록의 해석용 모델을 제작하였으며, 탑재 용접부 개선 형상, 용접 기법 등 실제 용접 조건을 모두 고려하여 고유변형도 기반의 간소화된 탄성 용접 해석(STEM)을 통해 선미 블록 탑재 용접시 발생하는 변형을 예측하였다. 이를 기반으로 블록 탑재 용접부의 축계 영향도 분석을 통해 축계 작업 착수 시점을 판단할 수 있는 기술적 근거를 마련하였다.
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강봉국(Bong-Gook Kang),이동주(Dong-Ju Lee),천영조(Young-Jo Cheon) 대한용접·접합학회 2021 대한용접학회 특별강연 및 학술발표대회 개요집 Vol.2021 No.5
현재 대부분의 조선소에서 선체 용접 변형은 고유변형도 기반의 탄성해석을 통하여 예측되고 있다. 하지만 선체 용접 변형 해석을 수행하기 위해서 해석 수행의 80% 이상에 해당되는 시간을 모델링과 같은 전처리 작업에 소요되고 있는 실정이다. 이를 해결하기 위해 본 연구에서는 선체 기본 설계 단계에서부터 존재하는 3D-CAD 모델을 활용하여 선박 건조 시 발생하는 변형을 예측할 수 있는 시뮬레이터를 개발하였다. 본 용접 변형 예측 시뮬레이터는 3D-CAD 모델의 활용으로 모델링에 소요되는 시간이 거의 요구되지 않는다. 그리고 자동으로 열영향부와 모재를 구분하여 유한 요소를 형성해주는 Mesh 모듈과 고유변형도 기반의 가상의 열팽창계수 및 온도를 자동으로 계산하는 모듈을 탑재하여 전처리에 소요되는 시간을 대폭 단축하였다. 이로 인해 사용자가 결과 분석에 더 많은 시간을 투여할 수 있고 동시에 신속하게 용접 변형을 예측할 수 있게 됨에 따라 생산성 및 품질 향상에 많은 기여를 할 것으로 기대된다.
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