유한요소 해석과 역설계 기법을 활용한 ERW파이프 열영향부 기계적 물성 획득 (Acquisition of the Mechanical Properties of the Heat Affected Zone of the ERW Pipe Using Finite Element Analysis and Reverse Engineering)

서지정보

· 발행기관 : 한국산학기술학회
· 수록지 정보 : 한국산학기술학회논문지 / 24권 / 3호 / 543 ~ 550페이지
· 저자명 : 이상민, 홍석무

초록

ERW 파이프(ERW Pipe) 제조 시 프레스 성형 이후 용접을 하여 이음부를 접합한다. 이때 용접부 주변에 열이가해지게 되고 이로 인해 열영향부(Heat Affected Zone, HAZ)가 생기게 된다. HAZ 부는 열로 인한 조직의 변화에의해 모재보다 경도가 증가하고 연성이 감소하게 되는데, 이러한 HAZ 부의 특성에 의해 유한요소해석을 이용한 파이프인장 및 굽힘 시험 예측이 어려운 문제가 있다. 본 연구에서는 이러한 문제를 해결하기 위해 파이프에서 모재 부분과HAZ 부분을 나누어 물성을 적용하여 유한요소 해석을 진행해 HAZ 부 물성 획득 방법을 제시하였다. 먼저 파이프의정확한 물성 측정을 위해 와이어 커팅을 이용하여 평면이 아닌 아치형 시편을 제작하였고, 이를 위한 지그를 제작하여단축 인장 시험을 진행하였다. 이 때, 아치형 시편의 정확한 면적 변화를 측정하기 위해 디지털 이미지 상관기법(Digital Image Correlation, DIC)을 이용하여 변형률을 측정하였다. 이후 시험을 통해 획득한 모재의 물성을 사용해 유한요소해석과 역설계 기법을 활용하여 HAZ 부의 물성을 예측하였다. 이를 검증하기 위해 파이프 원형의 단축 인장 시험을위한 지그를 추가로 제작하여 시험을 진행했고, 앞서 예측한 HAZ 부의 물성을 사용하여 유한요소 해석을 진행하여 비교하였다. 하중-변위 곡선 비교 시 실험값과 해석을 통해 예측한 값이 근사하였고, 앞서 획득한 물성의 유효성을 검증하였다.

영어초록

An ERW pipe is manufactured by welding surfaces together after a rolling process. A heat-affected zone (HAZ) is generated where heat is applied. The HAZ is harder and less ductile than the base material due to microstructural changes. The material inhomogeneity makes it difficult to numerically predict the material behavior in the tensile test of pipes. To solve this problem, a method of obtaining HAZ properties is presented by applying finite element analysis (FEA) and dividing the pipe into the base material and the HAZ part. An arch-shaped specimen was manufactured using wire cutting to accurately measure the properties of a pipe, and a jig was manufactured to conduct a short-axis tensile test. The strain was measured using digital image correlation (DIC) to measure the exact area change of the arched specimen. Based on the properties of the base material, FEA was performed to predict the material properties of the weld and the HAZ. For validation, another jig was manufactured for tensile tests with complete pipes. Comparison of the force-displacement curves from FEA and experimental data showed good agreement, and the validity of the obtained physical properties was verified.

참고자료

· 없음