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      레이저 드릴링을 통한 강판 가공 시 응력 모델링

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      https://www.riss.kr/link?id=A99761793

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      국문 초록 (Abstract)

      레이저 정밀 가공은 고품질의 집속 광에너지를 이용하여 재료를 미세하게 가공하는 특수 가공으로 정밀 제조 분야에 적용되고 있다. 그러나 레이저 가공 시 열적 효과로 인해 재료 특성을 저하 시킬 수 있다. 또한, 압연 강재 및 강판의 경우 공정 단계에서 강한 압력으로 제작하기 때문에 반드시 잔류응력이 존재한다. 하지만 압연 강재에 존재하는 잔류응력의 양은 정량적인 예측이 불가능하다. 이러한 잔류응력이 존재하는 재료의 레이저 가공 시 레이저에 의한 부가적인 응력 발생 및 재료에 미치는 열적 영향의 예측 및 평가는 정밀 가공에 있어서 반드시 고려해야 하는 사항이다. 본 연구에서는 레이저홀 가공 시 발생되는 온도 및 응력을 유한요소 해석과 실험적 방법으로 분석하였다. 재료의 열응력을 예측하기 위해 레이저 홀가공 실험을 수행하여 가열 및 냉각 등의 대한 결과를 도출하였다. 또한 냉각시간에 따른 응력의 변화를 파악하였고 유한요소 해석으로 예측된 응력을 홀드릴링 응력 측정 기법에 의해 도출된 응력과 비교 검증하였다.
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      레이저 정밀 가공은 고품질의 집속 광에너지를 이용하여 재료를 미세하게 가공하는 특수 가공으로 정밀 제조 분야에 적용되고 있다. 그러나 레이저 가공 시 열적 효과로 인해 재료 특성을 ...

      레이저 정밀 가공은 고품질의 집속 광에너지를 이용하여 재료를 미세하게 가공하는 특수 가공으로 정밀 제조 분야에 적용되고 있다. 그러나 레이저 가공 시 열적 효과로 인해 재료 특성을 저하 시킬 수 있다. 또한, 압연 강재 및 강판의 경우 공정 단계에서 강한 압력으로 제작하기 때문에 반드시 잔류응력이 존재한다. 하지만 압연 강재에 존재하는 잔류응력의 양은 정량적인 예측이 불가능하다. 이러한 잔류응력이 존재하는 재료의 레이저 가공 시 레이저에 의한 부가적인 응력 발생 및 재료에 미치는 열적 영향의 예측 및 평가는 정밀 가공에 있어서 반드시 고려해야 하는 사항이다. 본 연구에서는 레이저홀 가공 시 발생되는 온도 및 응력을 유한요소 해석과 실험적 방법으로 분석하였다. 재료의 열응력을 예측하기 위해 레이저 홀가공 실험을 수행하여 가열 및 냉각 등의 대한 결과를 도출하였다. 또한 냉각시간에 따른 응력의 변화를 파악하였고 유한요소 해석으로 예측된 응력을 홀드릴링 응력 측정 기법에 의해 도출된 응력과 비교 검증하였다.

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      다국어 초록 (Multilingual Abstract)

      A laser machining process has been applied in many manufacturing fields and it provides an excellent energy control for treating materials. However, a heat effect during laser machining can deteriorate material properties. Specifically, a thermally induced stress can be a problem in laser-machined structures on a metal surface. In this study, temperature and stress on cold-rolled carbon steel sheet machined with laser hole drilling were explored in an experimental approach and a numerical method. Stresses by temperature gradients inside the materials were generated in fast cooling. The stresses were measured by using a hole-drilling method and the material properties of carbon steel (SCP1-S) were obtained in the experiment. It was found that the stress predicted from the numerical analysis was in agreement with the stresses measured by using the hole-drilling method. The analysis can be applied for evaluating structure characteristics machined with a laser.
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      A laser machining process has been applied in many manufacturing fields and it provides an excellent energy control for treating materials. However, a heat effect during laser machining can deteriorate material properties. Specifically, a thermally in...

      A laser machining process has been applied in many manufacturing fields and it provides an excellent energy control for treating materials. However, a heat effect during laser machining can deteriorate material properties. Specifically, a thermally induced stress can be a problem in laser-machined structures on a metal surface. In this study, temperature and stress on cold-rolled carbon steel sheet machined with laser hole drilling were explored in an experimental approach and a numerical method. Stresses by temperature gradients inside the materials were generated in fast cooling. The stresses were measured by using a hole-drilling method and the material properties of carbon steel (SCP1-S) were obtained in the experiment. It was found that the stress predicted from the numerical analysis was in agreement with the stresses measured by using the hole-drilling method. The analysis can be applied for evaluating structure characteristics machined with a laser.

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      목차 (Table of Contents)

      • 초록
      • Abstract
      • 1. 서론
      • 2. 열응력 및 홀가공 기법
      • 3. 유한요소 해석
      • 초록
      • Abstract
      • 1. 서론
      • 2. 열응력 및 홀가공 기법
      • 3. 유한요소 해석
      • 4. 실험 재료 및 방법
      • 5. 결과 및 고찰
      • 6. 결론
      • 참고문헌
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      참고문헌 (Reference)

      1 원종구, "최적 가공 조건을 위한 4인치 웨이퍼의 가공 특성에 관한 연구" 한국생산제조시스템학회 16 (16): 90-95, 2007

      2 김윤재, "원전 이종 금속 다층 용접부 잔류응력 예측을 위한 유한요소 변수 민감도 해석" 대한기계학회 32 (32): 770-781, 2008

      3 송태광, "원전 노즐 용접부 잔류응력 예측을 위한 Round Robin 해석 결과 분석" 대한기계학회 33 (33): 72-81, 2009

      4 강대현, "고주파 열처리를 고려한 액슬 축 비틀림 거동 연구" 대한기계학회 34 (34): 645-649, 2010

      5 김윤재, "고리 원전 가압기 노즐 용접부 잔류응력 예측 시 안전단 고려가 이종 금속 용접부 잔류응력 분포에 미치는 영향" 대한기계학회 32 (32): 668-677, 2008

      6 Jang, H. S, "The Handbook of Advanced Aluminum Technology" Hanlimwon 1997

      7 이경수, "SA508/ F316L SS 맞대기 용접 판재의 3차원 잔류응력특성" 대한기계학회 33 (33): 401-408, 2009

      8 Juijerm, P, "Residual Stress Relaxation of Deep-Rolled Al-Mg-Si-Cu Alloy During Cyclic Loading at Elevated Temperature" 55 : 1111-1114, 2006

      9 Berger, M. C, "Residual Stress Relaxation in Shot Peened Timetal 21s" 263 : 200-204, 1999

      10 Koc, M, "Prediction of Residual Stress in Quenched Aluminum Block and Their Reduction Through Cold Working Processed" 174 (174): 342-354, 2006

      1 원종구, "최적 가공 조건을 위한 4인치 웨이퍼의 가공 특성에 관한 연구" 한국생산제조시스템학회 16 (16): 90-95, 2007

      2 김윤재, "원전 이종 금속 다층 용접부 잔류응력 예측을 위한 유한요소 변수 민감도 해석" 대한기계학회 32 (32): 770-781, 2008

      3 송태광, "원전 노즐 용접부 잔류응력 예측을 위한 Round Robin 해석 결과 분석" 대한기계학회 33 (33): 72-81, 2009

      4 강대현, "고주파 열처리를 고려한 액슬 축 비틀림 거동 연구" 대한기계학회 34 (34): 645-649, 2010

      5 김윤재, "고리 원전 가압기 노즐 용접부 잔류응력 예측 시 안전단 고려가 이종 금속 용접부 잔류응력 분포에 미치는 영향" 대한기계학회 32 (32): 668-677, 2008

      6 Jang, H. S, "The Handbook of Advanced Aluminum Technology" Hanlimwon 1997

      7 이경수, "SA508/ F316L SS 맞대기 용접 판재의 3차원 잔류응력특성" 대한기계학회 33 (33): 401-408, 2009

      8 Juijerm, P, "Residual Stress Relaxation of Deep-Rolled Al-Mg-Si-Cu Alloy During Cyclic Loading at Elevated Temperature" 55 : 1111-1114, 2006

      9 Berger, M. C, "Residual Stress Relaxation in Shot Peened Timetal 21s" 263 : 200-204, 1999

      10 Koc, M, "Prediction of Residual Stress in Quenched Aluminum Block and Their Reduction Through Cold Working Processed" 174 (174): 342-354, 2006

      11 Schajer, G. S, "Measurement of Non- Uniform Residual Stresses Using the Hole- Drilling Method Part I-Stress Calculation Procedure" 103 : 157-163, 1988

      12 Poprawe, R, "Hydrodynamics of Material Removal by Melt Expulsion: Perspectives of Laser Cutting and Drilling" 5 : 1-18, 2010

      13 Alberg, H., "Comparison of Plastic, Viscoelastic and Creep Models when Welding and Stress Relief Heat Treatment" 192 : 5189-5208, 2003

      14 Rogers, E, "An Analysis of the Thermal Effects of Focused Laser Beams on Steel" 2007

      15 Hossain, S, "A Study of the Generation and Creep Relaxation of Triaxial Residual Stresses in Stainless Steel" 44 : 3004-3020, 2007

      16 Simsir, C, "3D FEM Simulation of Steel Quenching and Investigation of the Effect of Asymmetric Geometry on Residual Stress Distribution" 207 : 211-221, 2008

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      2008-01-01 평가 등재학술지 유지 (등재유지) KCI등재
      2006-01-01 평가 등재학술지 유지 (등재유지) KCI등재
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      2001-01-01 평가 등재학술지 선정 (등재후보2차) KCI등재
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      KCIF(4년) KCIF(5년) 중심성지수(3년) 즉시성지수
      0.24 0.23 0.506 0.06
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