단일 및 복합실린더에서 자긴가공 해석에 관한 연구

A Study on the Autofrettage Analysis in Single and Compound Cylinders

  • 심우성 (충남대학교 기계설계공학과) ;
  • 김재훈 (충남대학교 기계설계공학과) ;
  • 이영신 (충남대학교 기계설계공학과) ;
  • 차기업 (충남대학교 기계설계공학과) ;
  • 홍석균 (국방과학연구소)
  • 발행 : 2008.08.30

초록

항공기 제작 시 중요한 요소는 항공기 구조의 안전성과 경량화라 할 수 있다. 자긴가공 공정을 통하여 고압의 항공기 부품을 신뢰성 증대와 함께 재료의 경량화도 같이 얻을 수 있다. 이 방법은 주로 단일 실린더에 적용되었다. 그러나 바우싱거 효과에 의하여 자긴가공의 유용함이 줄어든다. 바우싱거 효과를 줄이기 위한 억지 끼워맞춤과 자긴가공을 이용한 복합실린더에 대한 관심이 증대하고 있다. 본 연구에서 동일한 치수를 가진 단일 및 복합실린더를 고려하였다. 복합실린더에서 억지 끼워맞춤에 의하여 경계면에서 낮은 압축 잔류응력이 유도되며, 내경에서 보다 낮은 소성 변형률이 유도된다. 이는 바우싱거 효과를 줄여, 내경에서 더욱 유용한 잔류응력을 얻을 수 있음을 의미한다.

In manufacturing aircraft, safety and lightness of structure are important factors. Utilizing autofrettage technique, these benefits can be obtained. This technique is most frequently applied to a single cylinder. However, the Bauschinger effect reduces the benefits of autofrettage process Therefore, there is increasing interest in the use of compound cylinder that combine shrink fit and autofrettage. In this paper, single and compound cylinders that has same geometry were considered. It was found that compound cylinder which was autofrettaged has lower tangential hoop stress and plastic strain than single cylinder at bore. This means a reduction in the impact of the Bauschinger effect after shrink-fitting which produces the beneficial bore hoop stress.

키워드

참고문헌

  1. 공창덕, 박종하, 한동주, "SIMULINK를 이용한 연료 이송용 제트펌프 기본 설계에 관한 연구," 한국추진공학회, 한국추진공학회지 제 10권 제1호, 2006, pp.38-43
  2. 이방업, 김원훈, 구송회, 손영일 "금속재와 복합재 이종구조물로 된 압력용기의 설계이론 개발," 한국추진공학회, 한국추진공학회지 제 10권 제2호, 2006, pp.23-30
  3. 박재현, 이영신, 김재훈, 차기업, 홍석균, "자긴가공된 복합실린더의 기계가공 해석," 대한기계학회, 대한기계학회 논문집 A권 제 31권 제 7호, 2007, pp.800-807 https://doi.org/10.3795/KSME-A.2007.31.7.800
  4. X. P Huang, W. C. Cui, 2006, "Effect of Baushinnger effect and Yield Criterion on Residual Stress Distribution of Autofrettaged Tube," Journal of Pressure Vessel Technology, Vol 128, Issue 2, pp. 212-216 https://doi.org/10.1115/1.2172621
  5. Kapp, J.A., Brown, B., LaBombard, E.J., and Lorenz, H.A., 1998, "On the Design of High Durability High Pressure Vessels," Proc. ASME PVP Conference, San Diego, July 1998, ASME PVP, Vol. 371, Eds. L. Picquer, M. Kawahara, and J. Kapp, pp.85-91
  6. Anthony P. Parker, David P. Kendall, 2006, "Residual stresses and Lifetimes of Tubes Subjected to Shrink Fit Prior to Autofrettage", Journal of Pressure Vessel Technology, Vol. 128, pp.27-210
  7. G. H. Majzoobi, G. H. Farrahi and A. H. Mahmoudi, 2003, "A Finite Element simulation and an experimental study of autofrettage for strain hardened thick-walled cylinders," Materials Science and Engineering A, Volume 359, Issues 1-2, pp.326-331 https://doi.org/10.1016/S0921-5093(03)00398-8
  8. Hill, R., Mathematical Theory of Plasticity, Oxford University Press, 1950
  9. Harvey, J.F. Theory and Design of Pressure Vessels, Van Nostrand Reinhold, 1991
  10. A. C. Ugural, S. K. Fenster, 1995, "Advanced Strength and Applied Elasticity," Third Edition, PTR Prentic Hall
  11. ASME Pressure Vessel and Piping Design Code, 2001, "Special Design Requirements For Layered Vessels," Division 3, Section 8, Article KD-8, pp.74-84
  12. ASME Boiler and Pressure Vessel Code, 2001, Section VIII, Division 3, Appendix D
  13. Hibbit, Karlsson & Sorensen, Inc. 2004, "ABAQUS version 6.6 User Manual,"
  14. A. Parker, J. Underwood and D. Kendall, 1999, "Bauschinger effect design procedures for autofrettaged tubes including material removal and sach's method," J Pressure Vessel Technology Issue 121, pp.430-437 https://doi.org/10.1115/1.2883726