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등가정하중법에 근거한 튜브 하이드로포밍 공정의 하중경로 최적설계

Title
등가정하중법에 근거한 튜브 하이드로포밍 공정의 하중경로 최적설계
Author
장환학
Advisor(s)
박경진
Issue Date
2014-08
Publisher
한양대학교
Degree
Doctor
Abstract
튜브 하이드로포밍 공정은 금속 소재를 변형시켜 원하는 형상을 얻는 금속가공 공정의 하나로 복잡한 형상의 부품을 만들 때, 단면이 원형인 관재를 물과 같은 유체의 강한 압력으로 밀어 넣어 가공하는 공법이다. 이러한 공정은 확관, 구불구불한 형상, 복잡한(정교한) 형상 등을 구현하기 위하여 일반적으로 사용되고 있다. 튜브 하이드로포밍 공정에서 유체의 압력과 축 방향 힘은 시간 영역에서 정의되고 이를 통하여 성형 후 제품의 품질이 결정된다. 그러므로, 튜브 하이드로포밍 공정 시 튜브의 좌굴, 주름의 발생 그리고 터짐 및 국부적 튜브의 두께감소와 같은 성형불량이 없는 제품을 성형하기 위해서 적절한 하중경로를 미리 결정하고 부과하는 것이 중요하다. 이 하중경로는 최적화 프로세스를 통해 얻을 수 있다. 튜브 하이드로포밍 공정은 비선형 동적 반응 해석이기 때문에 힘의 경로 최적화를 위해 비선형 동적 반응 최적설계의 수행이 필요하다. 이와같은 이유로 본 논문에서는 비선형 동적 반응 최적설계 방법 중 등가정하중법을 이용하여 튜브 하이드로포밍 공정의 하중경로를 결정하는 최적설계를 수행하였다. 튜브 하이드로포밍 공정의 최적설계에서 고려해야 할 중요한 응답은 재료의 두께이다. 두께 응답은 재료의 변형에 의해 발생하는 비선형 응답이고 하이드로포밍 공정 시 축방향 압입량과 내부 압력의 영향을 받는다. 두께의 분포는 국부적 튜브의 두께 감소 등에 영향을 미치며 이는 튜브 하이드로포밍 제품의 품질에 영향을 미친다. 따라서 기존의 등가정하중은 튜브 하이드로포밍 공정의 최적설계에 필요한 두께 응답을 고려할 수 있도록 수정이 필요하다. 하이드로포밍 공정의 공정 변수인 내부 압력과 축방향 압입량은 시간에 따른 하중이다. 이는 힘의 경로를 결정하는 비선형 동적 반응 최적설계의 설계변수가 된다. 따라서 최적설계의 설계변수로 수용할 수 있는 방법이 필요하다. 이러한 필요에 의해 하중을 설계변수로 수용할 수 있도록 기존의 등가정하중의 수정해야 한다. 새로운 등가정하중은 비선형 두께 응답을 고려하고 하중을 설계변수로 사용할 수 있게 제안된다. 새로운 등가정하중을 이용하여 비선형 두께를 고려하면서 튜브 하이드로포밍의 공정 변수인 축방향 압입량과 내부 압력을 결정하는 최적설계를 수행할 수 있다. 이 논문은 제안한 등가정하중법을 다양한 예제에 적용하였고, 수행한 예제를 통하여 초기 모델과 최적 모델을 비교하여 목적에 부합하는 하중의 경로를 얻을 수 있음을 확인하였다. 또한 등가정하중법 사용의 유용성을 판단하기 위해 반응표면법을 사용한 튜브 하이드로포밍 공정의 최적설계에 필요한 비선형 해석의 횟수를 예상한다. 예상된 비선형 해석의 횟수는 등가정하중법을 이용한 경우의 비선형 해석의 횟수와 비교 분석하였다. 이 때 비선형 동적 반응 해석은 LS-DYNA, 비선형 동적 반응 최적설계는 GENESIS를 사용하여 수행하였다.
URI
http://dcollection.hanyang.ac.kr/jsp/common/DcLoOrgPer.jsp?sItemId=000000078442https://repository.hanyang.ac.kr/handle/20.500.11754/130161
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GRADUATE SCHOOL[S](대학원) > MECHANICAL ENGINEERING(기계공학과) > Theses (Ph.D.)
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