잔류응력 평가를 위한 원뿔형 압입방법들 (초)

현홍철,이진행,최광선,이형일 대한금속재료학회 ( 구 대한금속학회 ) 2008 대한금속재료학회 학술대회 개요집 Vol.2008 No.1

이중 원뿔형 압입시험에 의한 재료 물성평가 (초)

현홍철,김민수,이경윤,이형일 대한금속ㆍ재료학회 2009 대한금속재료학회 학술대회 개요집 Vol.2009 No.-

다중경사충돌시 피닝잔류응력 평가를 위한 최적의 3차원 유한요소모델

현홍철(Hong Chul Hyun),김태형(Taehyung Kim),이형일(Hyungyil Lee) 대한기계학회 2012 大韓機械學會論文集A Vol.36 No.2

잔류응력 생성을 위한 대부분의 숏피닝 유한요소 해석모델은 숏볼이 재료표면에 수직으로 충돌하는 것을 가정한다. 하지만 실제 피닝공정에서 숏볼은 경사각을 갖고 재료표면에 충돌한다. 본 논문 에서는 잔류응력평가를 위한 3차원 경사충돌 유한요소 해석모델을 제안하였다. 다중경사충돌 유한요소 해석모델을 이용하여, 투사각, 충돌패턴, 숏볼수량 등 피닝인자들이 해석해에 미치는 영향을 조사하였다. 아울러 숏볼의 소성변형도 고려하였다. 유한요소해와 XRD 실험해의 비교를 통해 해석모델의 유효성을 검증했다. 본 논문에서 제안된 모델은 다양한 경사각에 대한 다중숏 충돌 유한요소 해석모델의 기초가 될 것이다. The FE model for shot peening often assume that shots impact vertically on the engineering parts to generate compressive residual stresses. However, the shots obliquely impact on the surface in actual peening. In this work, we propose a 3D finite element (FE) model for evaluation of residual stress under angled shot peening. Using the FE model for angled multi-impact, we examine the effects of factors such as impact angle, impact pattern and the number of shots. Plastic deformation of shot is also considered. To validate the model, we then compare the FE solution with experimental result by X-ray diffraction (XRD). The proposed model will be a base of 3D multi-impact FE model with diverse impact angles.

유한요소해에 기초한 원뿔형 압입 물성평가법

현홍철(Hong Chul Hyun),김민수(Minsoo Kim),이진행(Jin Haeng Lee),이형일(Hyungyil Lee) 대한기계학회 2009 大韓機械學會論文集A Vol.33 No.9

물성치와 하중-변위곡선을 일대일 대응 시킬 수 있는 함수를 생성함으로써, 미지 재료에 대한 압입시험 데이터로부터 바로 재료물성을 찾는 압입물성평가 기법을 제시했다. 원뿔형 압입 유한요소해석으로 압입자 중심각이 압입 하중-변위 곡선에 주는 영향을 살펴 보았다. 이로부터 한 압입자 중심각에 대해 같은 Kick’s law 계수 C를 갖는 두 재료들이 압입자 중심각이 변하면 서로 다른 C 값들을 가짐을 확인했다. 이어 영률, 항복강도, 변형경화지수와 하중-변위곡선 사이의 상관관계들을 분석하고, 항복변형률이 변형경화 지수와 더불어 중요한 변수임을 확인했다. 이 두 특성들을 바탕으로 이중원뿔형 압입 물성평가 수식들을 작성했다. 1회 압입 후 재료의 영률을 평가하고, 두 압입자를 이용해 얻은 하중-변위 곡선들로부터 곡률계수들을 구해 항복변형률과 변형경화 지수를 구했다. 제시된 물성평가법은 압입 하중-변위곡선들로부터, 압입자 물성과 선단반경에 상관없이, 평균 오차 2% 내에서 재료 물성값들을 준다. The sharp indenters such as Berkovich and conical indenters have a geometrical self-similarity in theory, but different materials have the same load-depth curve in case of single indentation. In this study, we analyze the load-depth curves of conical indenter with angles of indenter via finite element method. From FE analyses of dual-conical indentation test, we investigate the relationships between indentation parameters and load-deflection curves. With numerical regressions of obtained data, we finally propose indentation formulae for material properties evaluation. The proposed approach provides stress-strain curve and the values of elastic modulus, yield strength and strain-hardening exponent with an average error of less than 2%. It is also discussed that the method is valid for any elastically deforming indenters made of tungsten carbide and diamond for instance. The proposed indentation approach provides a substantial enhancement in accuracy compared with the prior methods.

Cohesive Zone Model을 이용한 압입자 형상에 따른 균열특성분석

현홍철(Hong Chul Hyun),이진행(Jin Haeng Lee),이형일(Hyungyil Lee),김대현(Dae Hyun Kim),한준희(Jun Hee Hahn) 대한기계학회 2013 大韓機械學會論文集A Vol.37 No.12

본 연구에서는 유한요소해석과 압입시험으로 압입자 형상이 압입균열특성에 미치는 영향을 조사했다. 본 논문에서는 Lee 등(2012)이 제시한 cohesive zone 모델특성 및 균열생성, 진전을 위한 해석 조건에 기초해 다양한 균열해석을 수행했다. 우선, 사각뿔 및 삼각뿔 압입균열 시험과 해석을 비교해 해석 모델의 유효성을 검증했다. 아울러 비대칭 압입자에 의한 압입시, 압입하부에서 비대칭 균열의 발생 여부를 해석적으로 관찰했다. 최종적으로 압입발생 균열수와 균열길이 관계를 조사했다. 균열수와 균열길이 관계 및 동일 압입자형상(압입자 모서리수)에서 압입자각에 따른 균열길이 변화를 이용하면, 특정 압입자 형태의 압입시험에서 얻은 균열길이 만으로 다양한 압입자 형태의 균열길이를 예측할 수 있다. In this study, we investigated the effect of the indenter geometry on the crack characteristics by indentation cracking test and FEA. We conducted various cohesive finite element simulations based on the findings of Lee et al. (2012), who examined the effect of cohesive model parameters on crack size and formulated conditions for crack initiation and propagation. First, we verified the FE model through comparisons with experimental results that were obtained from Berkovich and Vickers indentations. We observed whether nonsymmetrical cracks formed beneath the surface during Berkovich indentation via FEA. Finally, we examined the relation between the crack size and the number of cracks. Based on this relation and the effect of the indenter angle on the crack size, we can predict from the crack size obtained with an indenter of one shape (such as Berkovich or Vickers) the crack size for an indenter of different shape.

유한요소해에 기초한 취성재료의 압입파괴인성평가

현홍철(Hong Chul Hyun),이진행(Jin Heang Lee),Rickhey Felix,이형일(Hyungyil Lee) 대한기계학회 2013 大韓機械學會論文集A Vol.37 No.12

본 논문에서는 cohesive zone 모델을 이용한 유한요소해석에 기초해 압입 파괴인성 평가식을 제시한다. 먼저 Vickers 압입균열해석에 기초해 다양한 물성변수(항복변형률 εo, 푸아송비 ν, 영률 E)의 들이 균열크기에 미치는 영향을 분석하고, 파괴인성을 압입 시 측정되는 최대하중과 균열길이로 나타낼 수 있는 수식을 회귀로 얻었다. 아울러 접촉길이 a, E/H (H: 경도) 등을 추가 압입변수로 선정해 다양한 형태의 파괴인성평가법을 제시했다. 이후 동일 압입하중에서 압입자각 및 압입자 형태와 균열 크기의 관계를 분석해 Vickers 압입 파괴인성평가법을 다양한 압입자 형태로 확장했다. 본 연구에서 제안된 평가식을 이용하면 압입시험으로 얻어지는 데이터로부터 바로 취성재료의 파괴인성을 예측할 수 있다. In this study, we proposed an indentation evaluation method for fracture toughness using cohesive finite element simulations. First, we examined the effect of material properties (yield strain, Poisson"s ratio, and elastic modulus) on crack size during Vickers indentation and then generated a regression formula that explains the relations among fracture toughness, indentation load, and crack size. We also proposed another indentation formula for fracture toughness evaluation using the contact size a and E/H (H: hardness). Finally, we examined the relation between the crack size and the indenter shapes. Based on this, we can generate from the formula obtained using the Vickers indenter a formula for an indenter of different shapes. Using the proposed method, fracture toughness is directly estimated from indentation data.

금속재료 응력-변형률 곡선의 수학적 표현들

현홍철(Hong Chul Hyun),이진행(Jin Haeng Lee),이형일(Hyungyil Lee) 대한기계학회 2008 大韓機械學會論文集A Vol.32 No.1

본 연구에서는 인장과 압축실험 데이터를 사용하여 재료의 응력-변형률 곡선을 얻었다. 시편에 네킹현상이 발생하기 전에는 인장실험의 결과를 토대로 각 재료의 영률값과 항복강도를 찾았다. 이후 비선형 거동은 압축실험의 데이터를 이용해나타냈다. 이렇게 얻어진 재료의 실제응력-변형률 곡선을 구간 멱함수법을 사용해 변형률 구간별로 회귀하였다. 회귀하여 구한 곡선과 실제 재료의 응력-변형률 곡선을 비교해 최적 회귀방법과 상응하는 변형률 회귀구간을 찾았다. 하나와 두 변수에 의한 회귀를 혼용하면 가장 적절한 회귀 방법이 얻어진다. 우선 두 변수들로 회귀하여 항복강도를 찾는다. 뤼더변형률이 없는 재료의 항복강도를 예측에는 초기구간 데이터만을 이용해야 오차를 최소화 할 수 있다. 한편 뤼더변형률이 재료들은 곡선의 후반부 데이터를 사용해야 정확한 물성치를 찾아낼 수 있다. 이어 항복강도가 구해진 상황에서 응력-변형률 곡선의 전체 데이터를 사용해, n 을 단일변수로 하여 회귀한다. 여기서 얻은 항복강도와 n 을 이용하면 실제 실험응력-변형률 곡선을 가장 유사하게 따라가는 회귀곡선을 얻을 수 있다. Stress-strain curves based on Ramberg-Osgood and Hollomon relations are strongly dependent upon the regressed range of strain. This work investigates mathematical expressions of true stress-strain curves of metallic materials. We first observe the variation of yield strength, strain hardening exponent and stress-strain curve with regressed range of stain. Based on sectional regression and expression using one or two parameters, we propose an optimal strain range for which yield strength and nonlinear material behavior are quite appropriate.

금속재료의 응력-변형률 곡선에 대한 수학적 표현들

현홍철(Hong Chul Hyun),이진행(Jin Haeng Lee),이형일(Hyungyil Lee) 대한기계학회 2006 대한기계학회 춘추학술대회 Vol.2006 No.11

본 연구에서는 인장과 압축실험 데이터를 사용하여 응력-변형률 곡선을 얻었다. 시편에 네킹현상이 발생하기 전에는 인장실험의 결과를 토대로 각 재료의 영률값과 항복강도를 찾았다. 그 이후의 비선형 거동은 압축실험의 데이터를 이용하여 나타냈다. 이렇게 얻어진 재료의 실제응력-변형률 곡선을 구간 멱급수법을 사용하여 변형률 구간별로 회귀하였다. 먼저 항복강도를 알고 있는 경우 회귀된 곡선과 실제 재료의 응력-변형률 곡선을 비교하여 최적의 구간을 찾았다. 구간 멱급수 법으로 표현되지 않는 재료에 대해서는 다른 회귀 방법을 제시하였다. 항복강도를 알지 못하는 경우에는 설정구간별로 회귀하여 항복강도를 가장 잘 예측하는 구간을 찾았다. 이를 통해 항복강도를 알고 있는 상황에서, 변형률 전체구간에 대하여 변형경화지수를 유일변수로 하는 회귀를 실시하여 항복 이후의 재료의 거동을 나타내었다. 이를 종합하면 실제 응력-변형률 곡선과 가장 유사한 수학적 응력-변형률 곡선을 얻을 수 있다. Stress-strain curves based on Ramberg-Osgood and Hollmon relation are inaccurate for full strain range. The aim of this work is to propose more accurate mathematical expressions of stress-strain curves. For this purpose, we used the Hollmon relation at selected strain range to observe the variation of yield stress and strain hardening exponent, then we investigated the variation of regressed stress?strain curves according to stain ranges. Based on sectional regression and expression using one or two parameters, we proposed the optimal strain range where the yield stress and nonlinear material behavior are the most reasonable.

냉장고 낙하시 하힌지 동적변형 해석

홍석무,최용찬,엄성욱,김홍래,현홍철,Hong, Seokmoo,Choi, Yong Chan,Eom, Seong-Uk,Kim, Hong Lae,Hyun, Hong Chul 대한기계학회 2015 대한기계학회 논문집. Transactions of the KSME. C, 산업기술과 혁신 Vol.3 No.1

본 연구에서는 유한요소해석으로 냉장고 낙하충격에 대한 하힌지의 변형거동을 분석했다. 우선 하힌지 및 하부포장재 동적물성 확보를 위해 각각 속도 별 굽힘시험과 압축시험을 수행했다. 이어 시험에서 얻은 하중-변위곡선과 유사한 거동을 나타내는 하힌지 및 하부 포장재의 유동응력식을 역공학으로 얻었다. 확보한 물성데이터를 이용해 LS-DYNA로 낙하해석을 수행해, 낙하시 냉장고 자체 및 하힌지 변형거동을 분석했다. 최종적으로 3D 측정으로 분석한 실 냉장고 낙하시험으로, 낙하해석 모델의 유효성을 검증했다. 본 연구에서 제시한 해석모델은 추후 하힌지 및 포장재의 내 충격설계 등에 효과적으로 활용될 수 있을 것이다. In this paper dynamic deformation of lower hinge of refrigerator is simulated using dynamic finite element analysis while refrigerator is being dropped. The flow stress curves considering velocity dependency of hinge and lower packing material are determined through bending test and compression test at several dropping speeds. The determined material properties and flow stress from reverse engineering were used as input data for refrigerator's drop test using a dynamic finite element analysis software LS-DYNA. Additionally the result between CAE and 3D deformation measurement from real refrigerator drop test are compared and the result shows that the proposed analysis model is very useful to design lower hinge and lower packing endurable to the impulsive drop impact.

돔장출시험에 기초한 Zircaloy-4 및 Zirlo 판재의 성형한계 응력선도

서윤미(Yunmi Seo),현홍철(Hong Chul Hyun),이형일(Hyungyil Lee),김낙수(Naksoo Kim) 대한기계학회 2011 대한기계학회 춘추학술대회 Vol.2011 No.4