주조공정에서의 효율적인 열응력 해석을 위한 이종해석기법의 연계

곽시영(Si Young Kwak),임채호(Chae Ho Lim) 대한기계학회 2010 대한기계학회 춘추학술대회 Vol.2010 No.3

내부 결함을 포함하는 알루미늄 합금 주조품의 피로해석을 위한 모델링

곽시영 ( Si Young Kwak ),황호영 ( Ho Young Hwang ),김학구 ( Hak Ku Kim ),이성원 ( Sung Won Lee ) 한국주조공학회 2010 한국주조공학회지 Vol.30 No.5

The structural stress and fatigue behavior of tensile specimen containing internal shrinkage defect were modeled. Real shrinkage defect in casting was scanned by industrial CT (computed tomography), and subsequently its shape was simplified by ellipsoidal primitives for the structural analysis (S.S.M., shape simplification method). The analysis results were compared with the results by real shrinkage shape without any simplification process. It was possible to consider real shrinkage of casting in stress analysis and the method to predict fatigue life of casting with defect was proposed.

주조 수축공 결함이 정적구조물에 미치는 영향

곽시영(Si-Young Kwak),임채호(Chae-Ho Lim),백재욱(Jae-Wook Baek) 대한기계학회 2009 대한기계학회 춘추학술대회 Vol.2009 No.5

Most structure engineers give the casting components over-estimated factor of safety without any reasonable foundation due to the worries about the unavoidable defects such as shrinkages and porosity in castings; the engineers have little knowledge on the relation between the defect and structural behavior. And the workers in casting field also do not know how to control the defects by manufacturing; they do not know to where the defects move or until how size they reduce the defects. In this study, shrinkage defect was scanned by industrial computerized tomography instrument (CT), and subsequently was modeled to a spheroid primitive for structural analysis. Using these simplified models of shrinkage, we observed the effects of the defect on the results of the structural analysis. A commercial structural analysis code was used to do the analysis works. Considering the conclusions, it is possible to manage the shrinkages effectively in casting process and to design the products with more reliable

TG-MS를 활용한 온도에 따른 후란 바인더 가스발생 시험

곽시영 ( Si-young Kwak ),조인성 ( In-sung Cho ),이희권 ( Heekwon Lee ) 한국주조공학회 2021 한국주조공학회지 Vol.41 No.6

주조공정에서 사형 제작 시 사용된 바인더는 고온의 용탕에 의해 다양한 가스를 발생시키며 이러한 가스는 가스결함을 유발하게 된다. 본 연구에서는 기존의 주물사와 바인더가 혼합된 주형 블럭을 활용하여 발생 가스부피를 산출하는 방법과 달리 액상 바인더, 고상 바인더, 주물사 등 사형을 구성하는 구성 요소별로 각각 시편을 만들고 열중량 분석기 (Thermo Gravimetry)와 질량 분석기 (Mass Spectrometer)를 활용하여 온도에 따른 중량감소, 가스발생 성분을 측정하고 가스발생량을 분석하였다. 액상 바인더와 고상화 바인더의 TG결과로부터 촉매제에 의한 탈수량을 산정하였고 발생 가스성분이 서로 다름을 분석하였다. 또한 TG와 MS결과를 상호 분석하여 각 가스성분별 발생량을 간접적으로 정량화 하였다. 이를 활용하면 추후 주조공정해석에서 가스발생량을 정량적으로 예측하는데 사용할 수 있다. During sand casting, the binders produces gases in cores because high temperature molten metals dissolve the binders into gases and causes gas defects in the casting products. In the present study, quantitative analysis of inorganic binder gas generation was performed using Thermo Gravimetry (TG) and Mass Spectrometer (MS) analyses. The specimen was prepared using organic binders in liquid and solid state, and a mixture of sand and binders. Moisture loss by catalysts was calculated by TG results from liquid and solid binder specimens; it was found that components of gases were different. Quantitative analysis was discussed for generated gases with individual gas component results obtained using TG and MS. It is expected that gas generation can be predicted in the casting simulation using the technique proposed in the present study.

구조응력기반 마스터 피로 선도를 이용한 하중 비전달형 십자 필렛 용접조인트의 피로예측

곽시영(Si-Young Kwak) 대한용접·접합학회 2015 대한용접·접합학회지 Vol.33 No.6

Welding process is of importance to assemble products or structures, but also the process is structural weakness due to stress concentration in welding joint. The fatigue design of welded joint requires time & labor consuming fatigue test because the fatigue life is various according to the depth of joint, joint type and load type etc. In fatigue design codes, they guide to classify welding joints with their shape( BS7608, IIW Documents) and provide fatigue assessment information. In terms of numerical method for fatigue analysis, it is also difficult to decide the stress peak in joint because of mesh sensitivity which means that stress value is varies with element type or size on stress concentration zone. Hot-spot method is used generally, but Battelle of United States proposed Master S-N Curve based on structural stresses converted by mechanical equilibrium theory. In this research, we extracted master S-N curve from Battelle’s fatigue test DB including test data of various welding joints to apply on Non-Load-Carrying cruciform Joint. Comparing fatigue results between the case of using normal stress and case of structural stress cor the cruciform Joint, The suggested Battelle method showed successive results.

내부 결함을 고려한 주조 제품의 피로수명 예측을 위한 결함 형상단순화 해석모델

곽시영(Si-Young Kwak),김학구(Hak-Ku Kim) 대한기계학회 2011 大韓機械學會論文集A Vol.35 No.10

내부결함은 주조제품의 강도 및 피로 수명에 있어 상당한 영향을 미치기 때문에 주조공정에서 주요 관심사 이다. 일반적으로 내부결함은 응력집중을 발생시키며 균열의 시작점이 되므로 피로 수명과 같은 기계적 거동에 있어 수축공과 같은 결함을 이해하는 것이 중요하다. 본 논문에서는 내부결함을 고려한 인장시편에 대해 피로시험을 수행하고 주조결함을 고려할 때의 특정하중피로노치 계수를 산정하였다. 실제 내부결함은 산업용 CT 장비를 통해서 확인하였으며 확인된 결함은 형상단순화법에 의해 타원체로 단순화 하고 응력해석과 피로해석을 수행하였다. 그 결과 우리가 제안한 방법이 기계적 거동에 있어 내부결함의 영향을 조사하고 피로수명 등을 예측함에 있어 유용함을 확인할 수 있었다. Internal defects are a major concern in the casting process because they have a significant influence on the strength and fatigue life of casting products. In general, they cause stress concentration and can be a starting point of cracks. Therefore, it is important to understand the effects of internal defects on mechanical properties such as fatigue life. In this study, fatigue experiments on tensile specimens with internal defects were performed. The internal defects in the casting product were scanned by an industrial CT scanner, and its shape was simplified by ellipsoidal primitives for the structural and fatigue analysis. The analysis results were compared with experimental results for casting products with internal defects. It was demonstrated that it is possible to consider internal defects of casting products in stress and fatigue analysis. The proposed method provides a tool for the prediction of the fatigue life of casting products and the investigation of the effects of internal defects on mechanical performance.

구조응력기반 마스터 S-N 선도를 이용한 노치를 가지는 Al 7075 시편의 피로수명예측

곽시영(Si Young Kwak),황성철(Seong Chul Hwang),홍정균(Jeong Kyun Hong) 대한기계학회 2018 大韓機械學會論文集A Vol.42 No.2

본 논문에서는 임의의 응력 집중 계수를 갖는 일반 노치 구조물에 대한 마스터 S-N 선도를 이용한 피로 수명 예측 방법을 제안한다. 먼저 미국의 바텔 연구소에서 수행한 알루미늄 7075 노치 시험편(Kt = 1.5, 2, 4, 5)에 대한 피로 수명 데이터를 이용하여 구조응력을 계산하고 이에 기초한 마스터 S-N 선도를 작성하였다. 그 후 작성된 마스터 선도에서 유도된 예측 값과 Kt 3의 노치 시편에 대해 새롭게 실시한 피로 시험 결과를 비교하였다. 이러한 과정을 통해 결과적으로 구조응력 기반 마스터 S-N 선도의 피로 수명 예측의 정확성과 유용성을 검증하였다. This paper proposes the possibility of fatigue life estimation using the master S-N curve of a general notched structure with arbitrary stress concentration factor. Firstly, the structure stress was computed from the fatigue data that had been generated by Battelle Institute for Al 7075-T6 notched specimens (Kt=1.5, 2, 4, 5), and a master S-N curve based on the structural stress was drawn up. Secondly, a novel fatigue test was conducted for a notched specimen (Kt=3) and the result of this test was compared to the predictive value derived from the master S-N curve. From these processes, it was possible to validate the accuracy and usefulness of fatigue life estimation using master S-N curve.

주조공정에서의 효율적인 열응력 해석을 위한 이종해석기법의 연계

곽시영(Si Young Kwak),임채호(Chae Ho Lim) 대한기계학회 2010 大韓機械學會論文集A Vol.34 No.8

본 논문에서 유한차분법(FDM)과 유한요소법(FEM)을 연계하여 주조공정 해석을 수행하는 이종해석기법을 제안하였다. 수치해석기법으로는 FDM, FEM, BEM 등 다양한 기법이 있으며, 대부분의 공학문제는 각각의 현상에 적합한 수치해석기법을 사용하여 해석을 수행하고 있다. 일반적으로, FDM 또는 FVM 은 유동 및 열전달 해석에, FEM 은 열응력 해석에 많이 적용되고 있지만 복합적인 공학 문제를 해결하기 위해서 각각 수치해석기법을 연동한 해석의 필요성이 점점 증가하고 있다. 따라서, 본 논문에서는 3 차원 공간에서 FDM 을 사용하여 응고 및 열 전달 해석을 수행하고, 계산된 온도 데이터를 FEM 해석장에 적합하게 변환하여 열응력 해석을 수행하는 FDM/FEM연계해석 방법을 제시하였다. 그리고 제시한 해석방법을 주조 공정 해석에 적용한 결과, 요소생성 등의 해석작업과 해석속도 면에서 효율적으로 해석을 수행할 수 있었다. This paper proposes a method that involves a combination of FDM and FEM for analyzing casting process. At present, many numerical analysis methods such as FDM, FEM, and BEM are used for solving engineering problems. For a given problem, a specific method that is suited to the problem is adopted; in general, FDM or FVM is favored for problems related to fluid flow or heat transfer, and FEM is adopted in stress analysis. However, there is an increasing need for using a combined method for complex and coupled phenomena analysis. Hence, we proposed a method in which FDM and FEM are coupled in three-dimensional space, and we applied this method to analyze casting process. In the proposed method, solidification and heat transfer was analyzed by using FDM. The field data such as temperature distribution were converted into a format suitable for FEM analysis that was used for calculating thermal stress distribution. Using the proposed method, we efficiently analyzed the analysis process from the viewpoints of work and time.

내부 결함을 고려한 주조 제품의 피로수명 예측모델

곽시영(Si-Young Kwak),김학구(Hak-Ku Kim) 대한기계학회 2011 대한기계학회 춘추학술대회 Vol.2011 No.4

내부결함은 주조제품의 강도 및 피로 수명에 있어 상당한 영향을 미치기 때문에 주조공정에서 주요 관심사 이다. 일반적으로 내부결함은 응력집중을 발생시키며 균열의 시작점일 수 있다. 그러므로 피로 수명과 같은 기계적 거동에 있어 수축공과 같은 결함을 이해하는 것이 중요하다. 본 논문에서는 내부결함을 고려한 인장시편에 대해 피로시험을 수행하고 주조결함을 고려할 때의 피로노치계수를 산정하였다. 실제 내부결함은 산업용 CT 장비를 통해서 확인하였으며 확인된 결함은 형상단수화법에 의해 단순화 하고 응력해석과 피로해석을 수행하였다. 그 결과 우리가 제안한 방법이 기계적 거동에 있어 내부결함의 영향을 조사하고 피로수명 등을 예측함에 있어 유용함을 확인할 수 있었다. Internal defects (Shrinkage, blow hole, etc.) are a m에 or concern in casting process because it significantly influence on strength and fatigue life of casting products. In general, it causes stress concentration and can be a starting point of cracks. Therefore, it is important to understand the effects of shrinkage on mechanical performance such as fatigue life. In this study, we performed fatigue experiment for tensile specimens with internal shrinkage defects. Real shrinkage defect in casting was scanned by industrial CT(Computerized Tomography), and subsequently it’s shape was simplified by ellipsoidal primitives for the structural and fatigue analysis(SSM, Shape Simplification Method). The analysis results were compared with the results by real experimental with internal defects. It turned out that it is possible to consider real shrinkage of casting in stress and fatigue analysis and the proposed method give us a tool to predict fatigue life of casting and to investigate the effects of shrinkage defects on mechanical performance.

구조응력 기반 Al 합금 노치 평판시편의 피로수명 평가 기술

곽시영(Si-Young Kwak) 대한기계학회 2016 대한기계학회 춘추학술대회 Vol.2016 No.4