기계부품의 수명향상을 위한 표면개질에 관한 연구

유용주 울산대학교 기계부품 및 소재 특성평가연구센터 1999 연구보고서 Vol.1999 No.-

본 연구는 질화시간, 온도, 가스입력 및 조성이 공구강(SKD11, SKD61)의 질화층 두께, 경도 및 질화물 상형성에 미치는 영향과 질화처리후 글로잉처리가 질화층 상변화에 미치는 영향을 마이크로펄스 플라즈마 장비를 이용하여 연구하였다. 일반적으로 질화층은 두께가 엷은 화합물층과 그 아래에 두께가 비교적 큰 확산층으로 구분되어 관찰 되었다. 질화층에 형성된 상은 처리조건에 따라 다소 달라지나 화합물층에는 γ'(Fe₄N). ε(Fe₂-₃N), 및 Cr1.75V0.25N₂ 등과 같은 질화물만이 검출되었고 확산층에는 ε질화물(Fe₂-₃N)과 (Cr, Fe)7C₃, Fe₃C와 같은 탄화물이 XRD 분석에 의하여 검출 되었다. 질화처리에서 가스조성 중 질소의 양이 증가할수록 화합물층의 두께는 직선적으로 증가되며, 질화층 두께는 가스압력 200Pa일 때 최대가 되었고, 질화온도는 표면경도가 높고 모재의 경도감소를 피할 수 있는 490℃가 최적조건 이었다. 질화층은 포물선형으로 성장되며, 에서 온도 및 재질에 따라 결정되는 상수 k는 490℃, 200Pa에서 SKD11강은 0.04472×10³㎛·hr-½, SKD61강은 0.05367×10³㎛·hr-½이었다. 플라즈마 질화처리한 공구강을 글로잉 처리하면 표면경도는 다소 감소 되나 확산층의 깊이는 증가하며, 이때 화합물층은 (Cr, Fe)7C₃ 및 Fe₃C의 탄화물로 변화되였고 확산층은 상변화가 없었다. The effect of gas composition, pressure, temperature and time on the case thickness, hardness and nitride formation in the surface of tool steels (SKD11 an SKD61) have been studied by micro-pulse plasma technique. Together with the effects of glowing treatment on the phase transformation in the nitrided case of tool steels have also been studied. Typically, external compound sayer and internal diffusion sayer which is much thicker than compound layer was observed in the nitride case of tool steels. The relative amounts and kind of phases formed in the nitrided case changed with the change of nitriding conditions. Generally, only nitride phases such as γ'(Fe₄N). ε(Fe₂-₃N), or Cr1.75V0.25N₂ phases were detected in compound layer, while nitride and carbide phases such as ε-nitride(Fe₂-₃N), (Cr, Fe)7C₃ or Fe₃C have been detected in the duffusion layer by XRD analysis. The thickness of compound layer increased with the increase of nitrogen content in the gas composition. Maximum case thickness was obtained at gas pressure of 200Pa. The optimum nitriding temperature was 490℃ at which temperature high have nitrided case was obtained without the decrease in the hardness of tool steel substrate. The nitrided case was thickened parabolically with nitriding time(t) and thus, the case depth(d) fits well with the typical parabolic equation ; d=k√t. The material constant k for SKD11 and SKD61 nitrided at 490℃(200Pa) were 0.04472×10³㎛·hr-½ and 0.05367×10³㎛·hr-½ respectively. Plasma glowing treatment of nitrided tool steel thickened the diffusion layer of nitrided case and transformed nitride in the compound layer to carbide as ((Cr, Fe)7C₃.

FRP 복합재료의 파괴특성평가

염영진 울산대학교 기계부품 및 소재 특성평가연구센터 1999 연구보고서 Vol.1999 No.-

탄소/에폭시 복합재료 적층판의 혼합 모우드 충간분리 연구를 위하여 혼합 모우드 굽힘 시험이 수행되었다. 하중 레버의 하중 레버의 부과점 위치와 시편에 작용하는 굽힘 하중점 위치를 변화시킴으로써 다양한 혼합 모우드 비를 구할 수 있었다. 이론과 시험 및 유한요소 해석을 병행한 결과 이들은 잘 일치하여 일반적으로 사용될 수 있는 시험 방법으로 정립될 수 있음을 확인하였다. A mixed mode bending test was performed to investigate the mixed mode delamination for carbon/epoxy composite material. Various mixed mode ratios could be produced by changing the applied load position on the loading lever and the bending load position on the specimen. A mixed mode bending test was analyzed using beam theory, compliance method and finite element method and the results agreed well with test result which confirmed the validity of this test.

자동차 배기계용 벨로우즈의 해석 및 설계(1)

박성태 울산대학교 기계부품 및 소재 특성평가연구센터 1999 연구보고서 Vol.1999 No.-

본 연구는 자동차 배기계 구조물의 진동을 저감시키기 위한 벨로우즈의 설계방법과 성능을 검정하기 위한 해석 모델을 구축하였다. 이 모델은 배기계와 벨로우즈의 초기 설계 단계에서 구조물의 변경에 유연성을 제공하는 장점을 갖고 있다.. 복잡한 기하학적 형상에서 오는 해석의 어려움을 해소하기 위하여 등가 셀과 등가 보의 모델링 기법을 사용하였으며 그 결과 벨로우즈 파라메터의 근사 설계를 할수 있는 관계식을 유도하였다. 해석적 방법의 도구로는 상용 소프트웨어(IDEAS, NASTRAN)를 이용한 FEM 모델을 사용하였다. In this paper, the design method of bellows reducing structural vibration of vehicle exhaust system is proposed. Also, the finite element model to be modified at the first stage of structural design of bellows and exhaust system is suggested. To reduce computational burden due to the rigidity of the geometry of bellows with complex geometry, the bellows is modeled as the equivalent shell or the equivalent beam model. It is shown that the result can be applied to the first approximate design of a bellows. The commertial softwares, IDEAS and MSC/NASTRAN, are used to proved efficient environments for pre-/post- processing and numerical simulation analysis.

접촉해석을 이용한 시트 쿠션, 백의 설계 제작 기술 개발

주석재 울산대학교 기계부품 및 소재 특성평가연구센터 1999 연구보고서 Vol.1999 No.-

중장비 운전자용 시트에 운전자에 앉을 때 운전자의 정적 평형위치와 접촉압력의 분포를 예측하는 방법을 개발하였다. 인체는 강체로 취급하여 표준 인체 더미의 표면으로 표현하였고, 발포 재료인 시트 쿠션의 변형 거동은 Ogden model을 선택하였다. 비선형 유한요소프로그램 MARC를 사용하여 인체 더미의 압입에 대한 시트 쿠션의 접촉 변형 과정을 해석하였다. 각각의 단면에서 인체 더미와 쿠션의 간섭인 수직 방향 변위가 최대인 점에서 접촉압력은, 압축시험에서 얻은 σ- ε곡선, 인체 더미와 쿠션의 간섭, 쿠션의 두께로 예측한 것과 일치하였다. A method is developed to predict the vertical equilibrium position of a driver and contact pressure against a seat cushion. The human body is represented as a rigid surface and the deformation behavior of a seat cushion is characterized by the Ogden foam model. The deformation process of a seat cushion in contact with a human body is analyzed using the non-linear finite element program MARC. It is found that the contact pressure(the minimum Cauchy stress) at the maximum deflection point in each section can be predicted from the stress-strain curve obtained in compression test, the vertical displacement and the thickness of a seat cushion at the point of interest.

신 분말공정에 의한 기능성 다공재 개발 연구

김성기,이승해,김지순 울산대학교 기계부품 및 소재 특성평가연구센터 1999 연구보고서 Vol.1999 No.-

고온자전합성법 중 연소파 진행모드를 이용하여 다공질 TiNi 금속간화합물을 제조하였다. 원료분말의 특성, 성형체 밀도 및 점화온도 등을 변소로 햐여 고온자전합성반응에 영향을 미치는 인자를 조사햐였으며, 반응생성물의 미세조직 관찰과 상분석, 기공도 및 기공구조 분석을 행하였다. 다양한 종류의 Ti, Ni 원료분말을 준비하고, 이들 조합을 달리하여 혼합한 분말에 대한 반응 결과, 합성반응을 일으키는 최소점화온도는 280-500℃의 넓은 온도 �牡㎎�확인되었으며, 최소점화온도가 높은 혼합분말 조합의 경우 시편 내부에 큰 기공이 다수 존재하였었으며, 제2상은 점화온도를 증가시킴에 따라 감소하였다. 한편, (Ti-h + Ni-c)혼합분말을 사용한 경우 가장 안정된 반응거동과 양호한 기공구조를 나타내었으며, 점화온도 증가에 따라 시편내부 기공 크기는 감소하였으나, 기공율은 점화온도에 상관없이 60% 정도로 일정하였다 Porous TiNi intermetallic compound was produced by SHS(Self-Propagating High-Temperature Synthesis). Effects of starting powder characteristic, green density and ignition temperature on synthesis reaction were investigated through microstructural observation, phase analysis, a measurement of porosity and the observation of pore structure for reacted specimens. Minimum ignition temperature for the propagation of thermal wave front ranged from 280 to 500℃ which varied for the starting powder characteristics. (Ti-h + Ni-c) powder mixtures showed a stable reaction behavior and a good pore structure. From the results showed a stable reaction behavior and a good pore structure. From the results of XRD phase analysis TiNi was confirmed as a major phase. Additionally, Ti₂Ni and TiNi₃ phases were also detected as second phases. The amount of the second phases decreased with increasing ignition temperature which resulted also in a decrease of pore size and uniform distribution of pores.

자동차 엔진 밸브 스프링의 최적설계에 관한 연구

김도중 울산대학교 기계부품 및 소재 특성평가연구센터 1999 연구보고서 Vol.1999 No.-

밸브 스프링은 밸브트레인의 동적 거동과 엔진의 성능에 매우 중요한 영향을 미치는 부품이다. 스프링의 설계 공간 제약과 높아지는 성능 요구 조건으로 인하여 최근에는 비원형 단면 스프링의 사용이 보편화되고 있다. 본 연구의 목적은 엔진 사양에 가장 적합한 최적원형 단면 스프링의 응력 분포, 밸르 스프링의 비선형 진동특성. 밸브트레인의 운전 성능, 등이 고려될 것이다. 1차년도 연구인 당해년도에는 비원형 단면을 가지는 밸브 스프링의 응력 분포를 계산하는 프로그램을 개발했다. 이론적인 해가 존재하는 몇 가지 예에 대하여 프로그램을 실행한 결과 이론값과 응력분포를 얻었다. 프로그램은 주어진 엔진에 가장 적합한 최적의 밸브 스프링을 설계할 수 있도록 확장될 것이다. Valve spring is one of critical components which influence valve train dynamics and engine performance. Because the size and performance are so tightly controlled, recent engines have a tendency to use valve springs with non circular cross section wire. The purpose of this study is to develop a computer software for designing optimal valve springs. The program includes stress analysis of valve spring with non circular cross section, vibration analysis of nonlinear spring surging, and kineto-static analysis of valve trains. In this year, a computer program was developed which analyze stress distribution in the valve spring wire with non circular cross section. In the test run of typical problems, the program gives exact values with analytical solutions. The program will be extended to design an optimal valve spring which gives best performance for a given engine.

동시공학기법을 이용한 소음기 제조라인 자동설계

서윤호 울산대학교 기계부품 및 소재 특성평가연구센터 1999 연구보고서 Vol.1999 No.-

조립라인은 생산하려고 하는 피가공품의 기능, 구조, 형태 등의 제품 정보와 총투자액, 기술적 한계, 라인설치 면적 제한 등의 현실적 제약 등과 밀접한 관계가 있다. 다시 말하면 제품 설계는 그 제품을 생산하기위한 제조라인의 기능요구로 작용하게 된다. 본 연구의 목적은 제품의 사양 및 설계가 완성된 후 이로부터 그 제품을 생산하기 위한 제조 시프템을 자동으로 설계하기 위한 방법론과 이러한 방법론에 유도되 라인 중 생산면에서 Robust하고 경영적인 Feasible한 제조 라인을 선택하여 컴퓨터상의 가상 제조 모델링 시스템을 통해서 검증하는 시스템을 개발하는 것이다.

단결정 실리콘의 파괴거동을 위한 초정밀 위치결정시스템의 개발

이병룡 울산대학교 기계부품 및 소재 특성평가연구센터 1999 연구보고서 Vol.1999 No.-

본 연구에서는 신경회로망 제어기와 PID제어기의 장점을 이용한 신경회로망-PID 병렬제어기를 이용하여 압전구동시스템의 동적 모형이나 히스테리시스 모델을 구해야 하는 과정을 생략하였고, 전체 구동시스템의 동특성을 실시간적으로 자기학습(self-learning) 시켜서 히스테리스와 같은 비선형문제를 보상하도록 하였다. 그리고, 실제실험을 통하여 제안된 신경회로망-PID 제어기가 만족할만한 위치제어성능을 보임을 검증하였으며 개발된 장치를 이용하여 단결정 실리콘의 압입시험을 수행하였다. A piezoelectric actuator is widely used in precision positioning applications due to its excellent positioning resolution. However, the piezoelectric actuator lacks in repeatability because of its inherently high hysteresis characteristic between voltage and displacement. In this paper, a controller is proposed to compensate the hysteresis nonlinearity. The controller is composed of a PID and neural network part in parallel manner. The output of the PID controller is used to teach the neural network controller by the unsupervised learning method. In addition, the PID controller stabilizes the piezoelectric actuator in the begining of the learning process, when the neural network controller is not learned. However, after the learning process the piezoelectric actuator is mainly controlled by the neural network controller. In this paper, the excellent tracking performance of the proposed controller was verified by experiments and was compared with the classical PID controller.

Anti-Vibration Pad의 실험, 해석 및 설계 방법 확립

이장명 울산대학교 기계부품 및 소재 특성평가연구센터 1999 연구보고서 Vol.1999 No.-

자동차의 Floor에 부착되는 제진재(Anti-Vibration Pad)는 차제의 진동을 저감하고 차량의 실내 소음을 줄이는데 하는데 중요한 기능을 하는 부품이다. 따라서 적절한 위치에 적합한 제진재의 사용은 최적의 NVH 성능을 얻기 위해 필요하며 경량화와 원가 절감에도 영향을 준다.그러므로 보다 나은 성능의 제진재를 설계하기 위해서는 Foolr에 부착되어진 제진재의 제진 성능 해석과 시험 기술의 확립은 필수적이다. 그 첫 단계로 Beam울 이용하여 여러 온도 조건에서 손실 계수(Loss factor)을 측정하는 방법을 확립하고, 유한요소법(FEM)과 경제요소법(BEM)을 이용하여 평판의 진동에 의해 방사되는 소음을 해석하는 방법에 대해 연구하였다. The damping sheet called an anti-vibration pad acts an important role in reducing the vibration level of the floor of an automobile. During applying the damping sheet to the floor, decision of the optimized location and appropriate material of the damping sheet is a main aspect considering several design variables such as cost, performance and weight of it. Therefore establishment of the analysis ability and the test skill of the damping sheet to the floor is essential for the better design of it. As a first step of this research, to find the loss factor of it, the methodology of the test scheme has been introduced using specimens of beam for various temperature environment. And the fundamental analysis technique has been studied for the radiation of a panel with the help of the Finite Element Method and the Boundary Element Method.

기계부품의 효율적인 개발을 위한 정보서비스 및 공동작업환경의 지원

이명준 울산대학교 기계부품 및 소재 특성평가연구센터 1999 연구보고서 Vol.1999 No.-

최근 웹의 확산과 더불어 제품개발을 위해 공동작업 구성원들 사이의 정보 공유와 재사용을 지원하는 웹 기반의 정보시스템 개발에 대한 관심이 고조되고 있다. 공동작업 시스템에서는 의사교환 및 정보의 공유를 위해 설계문서, 기술문서 등의 전자 문서들이 많이 이용되고 있으므로 공동작업을 지원하기 위한 공유작업공간과 문서를 체계적으로 관리할 수 있는 통합적인 시스템을 개발하는 것이 바람직하다. 본 보고서에서는 웹 기반의 공동작업을 지원하기 위한 정보시스템의 설계와 구현에 대해 설명한다. 통합된 시스템은 CoSpace와 CoDocs라는 두 개의 독립된 시스템으로 구성되어 있다. CoSpace는 작업그룹 구성원들의 공동작업을 위해 공유작업공간을 지원하고, CoDocs는 개인작업 및 공동작업의 결과로서 생성되는 문서들을 체계적으로 관리할 수 있도록 하여준다. 통합된 시스템은 마이크로소프트 ⅡS 4.0 웹 서버를 사용하고, 시스템의 모든 상태를 저장하기 위해 SQL Server 6.5 데이터베이스를 사용한다. 시스템 사용자의 작업요청이 있을 때마다 발생되는 반복적인 데이터베이스 접속시도를 피하고 시스템의 성능향사을 위해 개발된 시스템은 일군의 데이터베이스 연결 설정을 유지하면서 적절히 작업요청에 따른 데이터베이스 연결을 할당하여 준다. Recently, through the wide spread of WWW, interest in developing web-based information systems to support sharing or reusing information on product development among collaborating group members is highly increased. Since many electronic documents such as design documents and technical reports are used to exchange opinions and share information in collaborative works, it is desirable to build integrated systems which support shared workspaces for collaborative work as well as manage electronic documents systematically. In this report, we discuss the design and implementation of a web-based information system for collaborative work. were two systems named CoSpace and CoDocs are effectively integrated. The CoSpace system supports shared workspaces for members of work groups, whereas the CoDocs system systematically manages electronic documents produced through personal or collaborative works. The integrated system uses MicroSoft IIS 4.0 web server, storing all of the system states in SQL Server 6.5 DBMS. To avoid frequent database connection/disconnection processes and enhance the performance of the developed system, the integrated system maintains a set of database connections, assigning those connections according to requests of the systemusers.