알루미늄 링롤재의 급냉 및 요소제거 후 잔류응력의 유한요소해석

Finite Element Analysis of Residual Stress after Quenching and Element Removal of A1 Ring Rolls

고강도 알루미늄 대형 링롤재의 급냉 및 요소제거 후 발생하는 잔류응력을 2차원 및 3차원 유한요소 해석하였고, 3단계 절단법에 의해 측정된 변형율과 ABAQUS의 요소제거 기능을 이용한 해석값을 직접 비교하였다. 급냉후 잔류응력 해석결과는 2단 과시효후 측정값과 비슷한 경향을 보였으나 그 절대값의 차이가 크게 나타났다. 이는 링 시편의 높이가 작아 측정값이 부정확하였기 때문이며, 링의 높이를 증가시켜 높이방향으로 균일한 응력분포를 갖도록 하면 그 차이가 감소될 것으로 판단된다. 잔류응력을 측정하는 3단계 절단 과정을 모사한 3차원 해석결과와 측정된 변형율을 직접 비교함으로써 실험과 해석의 정확성을 향상시킬 수 있도록 하였다. 이로부터 잔류응력이 내재하고 형상이 복잡한 대형 알루미늄 구조물의 기계가 공에 의한 변형을 정확히 예측할 수 있는 기반을 마련하였다.

To predict residual stresses of aluminum ring rolls after quenching and element removal, 2-D and 3-D thermal elasto-plastic analyses were performed. Strains measured by three step sectioning method were directly compared to those analysed using ABAQUS's element removal. Numerical residual stresses after quenching had similar tendency to measured ones after 2 step aging, but the difference between numerical and measured ones was large. The difference is the reason why there are nonuniform residual stress distributions to ring height direction due to small height of ring, It is judged that the increase of ring height will improve the accuracy of measured ones and decrease the difference. By direct comparison between 3-D numerical strains to simulate three step sectioning method and measured ones, the accuracy of measurement and analysis can be improved. It is concluded that there can be predicted the deformation behavior on machining complex shaped large structures with residual stresses.