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LPBF 공정으로 제조된 Ti-6Al-4V 합금의 밀도와 표면 거칠기 제어를 위한 매개변수 연구
우정민,김지윤,손용호,이기안,Woo, Jeongmin,Kim, Ji-Yoon,Sohn, Yongho,Lee, Kee-Ahn 한국분말재료학회 (*구 분말야금학회) 2021 한국분말재료학회지 (KPMI) Vol.28 No.5
Ti-6Al-4V alloy has a wide range of applications, ranging from turbine blades that require smooth surfaces for aerodynamic purposes to biomedical implants, where a certain surface roughness promotes biomedical compatibility. Therefore, it would be advantageous if the high volumetric density is maintained while controlling the surface roughness during the LPBF of Ti-6Al-4V. In this study, the volumetric energy density is varied by independently changing the laser power and scan speed to document the changes in the relative sample density and surface roughness. The results where the energy density is similar but the process parameters are different are compared. For comparable energy density but higher laser power and scan speed, the relative density remained similar at approximately 99%. However, the surface roughness varies, and the maximum increase rate is approximately 172%. To investigate the cause of the increased surface roughness, a nonlinear finite element heat transfer analysis is performed to compare the maximum temperature, cooling rate, and lifetime of the melt pool with different process parameters.
우정민(Jeongmin Woo),장진성(Jinsung Jang),조진연(Jinyeon Cho),김정호(Jeongho Kim),노태성(Taeseong Roh),양희원(Heewon Yang) 한국추진공학회 2015 한국추진공학회 학술대회논문집 Vol.2015 No.5
주변구조물의 구조적 변형이나 파손을 유발하는 파이로 충격을 저감하고 재사용이 가능한 파이로테크닉 분리 너트의 설계 해석에 앞서, 파이로테크닉 분리 너트의 설계 개념에 관한 연구를 수행하였다. 해외 특허에 등록된 파이로테크닉 분리 너트의 설계를 참고하여 예상 설계 인자를 도출하였고, 연소가스와 구성품의 운동방정식을 수립하였으며 이를 이용한 해석 프레임워크를 구성하였다. Research for design concept of pyrotechnic separation nut has been carried out prior to design a pyrotechnic separation nut with resettability and reduced pyroshock which may cause damage to surrounding structures. As a reference, previously proposed separation nut design has been investigated and based on the investigation, possible design parameters are determined. Equations of motion for combustion gas and components is derived and analysis framework has been established with those.
파이로테크닉 분리 너트 내부 분할 너트 체결 특성에 대한 틈새의 영향
우정민(Jeongmin Woo),강다훈(Dahoon Kang),최재영(Jaeyoung Choi),김정호(Jeong Ho Kim),조진연(Jin Yeon Cho),장승교(Seung-gyo Jang),양희원(Hee Won Yang) 한국항공우주학회 2018 韓國航空宇宙學會誌 Vol.46 No.12
유한요소 해석을 이용하여 분할 너트를 이용하는 파이로테크닉 분리 너트의 체결부 특성을 파악하였다. 분할 너트를 이용하는 경우, 체결 과정에서 분할 너트가 반경 방향으로 벌어지는 것을 막기 위해 구속해주는 구속원통이 필수적이다. 이때, 제작 과정에서 공차로 인해 분할 너트의 외경과 구속원통 내경 사이에 발생하는 틈새의 영향을 파악하기 위하여 적절한 유한요소 볼트 체결 모델링 기법을 연구하였으며, 틈새가 0.00, 0.03, 0.06, 0.10 ㎜인 모델을 만들어 해석 결과를 검토하였다. 해석 결과를 통해 너트의 분할 여부 및 틈새 크기에 따라 달라지는 체결부의 특성을 확인하였으며 이로부터 신뢰성 있는 파이로테크닉 분리너트 설계를 위해 고려해야 할 사항을 파악하였다. The clamping characteristics of segmented nuts in pyrotechnic separation nut are investigated using finite element analysis. When the segmented nuts are used to clamp objects, a constraint cylinder is necessary to prevent the segmented nuts from spreading out to the radial direction. During the manufacturing process, a clearance is usually introduced between the outer diameter of the segmented nuts and the inner diameter of the constraint cylinder. Therefore to find out the effect of the clearance, proper finite element modeling method is suggested to describe the clamping procedure appropriately. In addition, finite element analysis with the clearance of 0.00, 0.03, 0.06, and 0.10 ㎜ are performed. From the analysis results, the clamping characteristics of segmented nuts are investigated according to the clearance, and several factors which should be considered to design a reliable pyrotechnic separation nut are figured out.
파이로테크닉 분리 너트 거동에 대한 설계 인자의 영향 분석
우정민(Jeongmin Woo),김정호(Jeong Ho Kim),조진연(Jin Yeon Cho),장승교(Seung-Gyo Jang),이효남(Hyo-Nam Lee),양희원(Hee Won Yang) 한국항공우주학회 2019 韓國航空宇宙學會誌 Vol.47 No.9
벤트홀로 연결된 두 개의 가변 체적 챔버를 가지고 있는 파이로테크닉 분리 너트는 복잡한 과정을 통해 분리를 수행하므로 많은 설계 인자를 가지고 있다. 접촉부의 각도, 구성품의 질량, 누름봉돌출부 안쪽 지름, 환형 챔버의 초기 부피, 확장 챔버의 초기 부피, 화약질량, 벤트홀 지름과 같은 설계 인자들의 변화에 따라 분리 너트의 성능이 어떻게 달라지는지를 파악하면 설계 개선 방향을 결정하는데 도움이 될 수 있다. 이에, 선행 연구를 통해 개발한 파이로테크닉 분리 너트 거동 예측모델을 이용하여 매개변수 연구를 수행하였다. 다른 설계 인자의 값은 고정한 상태에서 한 설계인자의 값을 독립적으로 변화시키며 분리 시간이 어떻게 달라지는지, 변화의 원인이 무엇인지를 분석하였다. The currently considered pyrotechnic separation nut is separated through the complicated process, because it has many internal moving parts and two variable-volume chambers connected by the vent hole. Therefore, it has many design parameters. Some of these are the contact angles between internal moving parts, the masses of the internal moving parts, the inner diameter of the push rod protrusion, the initial volumes of the chambers, the mass of the explosive charge, and the diameter of the vent hole. To improve the pyrotechnic separation nut, it is necessary to understand how the behavior of the separation nut is changed according to design parameters. In this point of view, parametric studies are carried out using the previously proposed prediction model for pyrotechnic separation nut behaviors. In each case, the parameter of the interest is changed while the others are kept unchanged. From the results, it is investigated how each design parameter influences the separation behavior.
신뢰성 있는 파이로테크닉 분리 너트 설계를 위한 진동 시 볼트 풀림 해석
최재영(Jae Young Choi),우정민(Jeongmin Woo),강다훈(Dahoon Kang),김정호(Jeong Ho Kim),조진연(Jin Yeon Cho),장승교(Seung-gyo Jang),양희원(Hee Won Yang) 한국항공우주학회 2018 韓國航空宇宙學會誌 Vol.46 No.12
최근 우수한 충격 저감 효과로 인해 파이로테크닉 분리 장치의 한 종류인 저충격 파이로 테크닉 분리 너트에 많은 관심이 주어지고 있다. 하지만 파이로테크닉 분리 너트의 경우 일반 너트 대신 분할 너트가 사용되기 때문에 볼트 풀림 거동에 대한 연구가 충분히 이루어지지 않은 측면이 있다. 이에 본 연구에서는 Junker 진동시험을 준거삼아 볼트 풀림 해석을 수행하였다. 해석은 크게 두 단계로 이루어져 있다. 첫 번째 단계는 체결토크를 이용하여 볼트를 분리너트에 체결하는 과정이고, 두 번째 단계는 횡 방향 가진을 통해 볼트가 풀리는 과정이다. 이러한 과정을 통해 볼트 풀림 거동을 얻을 수 있었다. 또한 신뢰성 있는 파이로테크닉 분리 너트의 설계를 위해 체결부 틈새가 볼트 풀림 거동에 미치는 영향을 고찰하였다. Recently, pyrotechnic separation nut has attracted a considerable attention because of its shock reduction effect among various pyrotechnic mechanical devices. However, its bolt loosening behavior under transverse vibration has not been studied sufficiently, since segmented nuts are utilized instead of conventional nut in pyrotechnic separation nut. With the background, bolt loosening analyses are carried out referring to Junker vibration test. The analysis procedure consists of two steps. The first step is the bolt fastening step, screwing the bolt by fastening torque. The second step is the bolt loosening step under transverse vibration. Through the procedure, bolt loosening behaviors are obtained, and the effect of clearance on loosening behavior is closely investigated for reliable design of pyrotechnic separation nut.