• 제목/요약/키워드: thermomechanical process

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열-기계 연계 해석을 이용한 에너지 제어 용착 및 담금질 공정으로 제작된 시편의 잔류응력 특성 분석 (Investigation of Residual Stress Characteristics of Specimen Fabricated by DED and Quenching Processes Using Thermo-mechanical Analysis)

  • 황안재;이광규;안동규
    • 한국기계가공학회지
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    • 제20권12호
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    • pp.113-122
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    • 2021
  • Complicated residual stress distributions occur in the vicinity of a deposited region via directed energy deposition (DED) process owing to the rapid heating and cooling cycle of the deposited region and the substrate. The residual stress can cause defects and premature failure in the vicinity of the deposited region. Several heat treatment technologies have been extensively researched and applied on the part deposited by the DED process to relieve the residual stress. The aim of this study was to investigate the residual stress characteristics of a specimen fabricated by DED and a quenching process using thermomechanical analyses. A coupled thermomechanical analysis technique was adopted to predict the residual stress distribution in the vicinity of the deposited region subsequent to the quenching step. The results of the finite element (FE) analyses for the deposition and the cooling measures show that the residual stress in the vicinity of the deposited region significantly increases after the completion of the elastic recovery. The results of the FE analyses for the heating and quenching stages further indicate that the residual stress in the vicinity of the deposited region remarkably increases at the initial stage of quenching. In addition, it is observed that the residual stress for quenching is lesser than that after the elastic recovery, irrespective of the deposited material.

열분해 및 삭마 환경의 복합재 구조물의 열기계적 연계 해석 (Thermomechanical Analysis of Composite Structures in Pyrolysis and Ablation Environments)

  • 최윤규;김성준;신의섭
    • 한국항공우주학회지
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    • 제41권8호
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    • pp.597-604
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    • 2013
  • 본 논문에서는 열분해 및 삭마 환경의 복합재 구조물에 대한 열기계적 연계 해석을 수행하였다. 열분해 과정의 재료 밀도 감소, 기공 가스 확산, 흡열 반응 에너지와 삭마 과정에서의 표면 침식 효과 등을 고려하였다. 상용 유한요소 코드에 교차 연계 알고리듬을 적용하여 완전 연계된 열 해석 및 구조 해석 인터페이스를 구성하였다. 수치 실험을 통해서 탄소/페놀릭 복합재료의 기본적인 열분해 및 삭마 특성을 분석하였다. 특히, 화학적 및 기계적 삭마에 영향을 미치는 주요 인자에 따른 표면 침식량 등을 비교하였다. 또한, 열분해 과정의 수축 또는 팽창 변형도가 재료의 열기계적 거동에 미치는 영향도 검토하였다.

경화도에 따른 고분자 기지 복합재의 경화 수축률 거동 (Cure Shrinkage Behavior of Polymer Matrix Composite according to Degree of Cure)

  • 권혁;황성순;최원종;이재환;김재학
    • Composites Research
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    • 제27권3호
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    • pp.90-95
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    • 2014
  • 복합재료의 경화 시 발생하는 수축 변형률은 복합재료 구조물 내에 잔류응력을 발생시키며 이러한 잔류응력은 spring-in, spring-out, warpage와 같은 구조물 변형의 원인이 된다. 본 연구에서는 Hexcel사의 "Hexply M21EV/34%/UD268NFS/IMA-12K" prepreg를 사용하였다. 시험편의 경화에 따른 cure shrinkage 변화를 DSC(differential scanning calorimetry)와 TMA(thermomechanical analyzer)를 이용하여 측정하였다. 수지의 수축률은 $140{\sim}240^{\circ}C$ 구간에서 $20^{\circ}C$ 간격으로 질소 분위기에서 측정하였다. 경화도는 dynamic과 isothermal DSC scanning을 통하여 측정된 반응열을 이용하여 산출하였으며, DSC 시험은 Argon 분위기에서 수행하였다. 시험결과, 열경화성 수지는 27~80% 경화도에서 급격한 수축이 일어났으며, 경화온도가 높을수록 더 낮은 경화도에서 수축이 시작되는 것을 알 수 있었다.

국내산 소나무로 제조되는 열기계펄프 제조 기술 최적화 연구 (II) - TMP 펄프의 피치 정량 연구 - (Optimization Technology of Thermomechanical Pulp Made from Pinus densiflora (II) - Quantification of Pitch Contents in TMP -)

  • 남혜경;김철환;이지영;박형훈;권솔
    • 펄프종이기술
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    • 제47권5호
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    • pp.33-42
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    • 2015
  • Pitches contained in thermomechanical pulp negatively influence paper qaulity and pulp and papermaking process. Without controlling TMP pitches suitably, it is hard to make a certain quality of paper. In order to control pitches in TMP, they must be quantitatively recognized by proper tools. One of the most widely used way to detecting TMP pitches is a staining method using a hydrophobic dye such as Sudan IV. Sudan IV could be used with three different protocols including different application of its dissolution, washing, dyeing time, etc. The dyeing protocols were classified into three categories including Stain I, Stain II, and Stain III. In dyeing time, Stain I required more than 24 hours to dye pitches. On the other hand, Stain III could stain TMP pitches with the most brief way. The images of red-stained pitches could be captured by a stereomicroscope with ${\times}35$ and ${\times}45$ magnifications, and then quantitatively analysed measuring their numbers and areas by Carl Zeiss AxioVision (ver. 4.8.2) program. Among three protocols, both Stain I and Stain III were the most ideal methods to detect TMP pitches because they detected more pitches and bigger pitch areas compared to Stain II against the same specimen. In particular, it was recognized that Stain III could be used as the most useful tool to detect TMP pitches accurately within several minutes.

Thermomechanical effects on the bending of antisymmetric cross-ply composite plates using a four variable sinusoidal theory

  • Chattibi, F.;Benrahou, Kouider Halim;Benachour, Abdelkader;Nedri, K.;Tounsi, Abdelouahed
    • Steel and Composite Structures
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    • 제19권1호
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    • pp.93-110
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    • 2015
  • The thermomechanical bending response of anti-symmetric cross-ply composite plates is investigated by the use of the simple four variable sinusoidal plate theory. The theory accounts for sinusoidal distribution of transverse shear stress, and satisfies the free transverse shear stress conditions on the top and bottom surfaces of the plate without using shear correction factor. By dividing the transverse displacement into bending and shear parts, the number of unknowns and governing equations for the present theory is reduced, significantly facilitating engineering analysis. The validity of the present theory is demonstrated by comparison with solutions available in the literature. Numerical results are presented to demonstrate the behavior of the system. The influences of aspect ratio, side-to-thickness ratio, thermal expansion coefficients ratio and stacking sequence on the thermally induced response are studied. The present study is relevant to aerospace, chemical process and nuclear engineering structures which may be subjected to intense thermal loads.

고온 열분해 환경의 다공성 탄소/페놀릭 복합재의 열기계적 거동 (Thermomechanical Behavior of Porous Carbon/Phenolic Composites in Pyrolysis Environments)

  • 김성준;한수연;신의섭
    • 한국항공우주학회지
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    • 제39권8호
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    • pp.711-718
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    • 2011
  • 본 논문에서는 열화학적 분해 및 열기계학적 변형이 고려된 구성 방정식을 사용하여 다공성 탄소/페놀릭 복합재료의 열탄성 거동을 예측하였다. 다공성 복합재료의 온도 의존성 및 열화학적 분해 과정에서의 기공도, 분해 가스에 의한 기공 압력, 재료의 수축을 고려하였다. 기공도와 기공 압력이 고려된 대표 체적 요소 모델의 유한요소 해석을 통해 산출된 거시적 기공 탄성 계수를 구성 방정식에 적용하였다. 간단한 수치 실험을 통해 기공탄성 계수가 다공성 재료의 열탄성 거동에 미치는 영향을 분석하였으며, 재료 내부에 형성된 기공과 기공 압력에 의한 응력 구배 및 변형을 확인하였다.

실란 커플링제를 이용하여 개질한 할로이사이트 나노튜브가 함유된 에폭시 조성물의 열적·기계적 물성 (Thermal and Mechanical Properties of Epoxy Composition Containing Modified Halosite Nanotubes with Silane Coupling Agent)

  • 김태희;임충선;김진철;서봉국
    • 접착 및 계면
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    • 제18권2호
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    • pp.68-74
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    • 2017
  • 에폭시 수지는 우수한 열적, 기계적, 화학적 성질로 인해 다양한 분야에서 널리 사용되고 있으며, 에폭시 수지의 기계적 물성을 향상시키기 위한 많은 소재와 함께 혼합하여 사용하고 있다. 에폭시 조성물의 경화 후 기계적 물성의 향상을 위해서 에폭시 수지에 다양한 소재를 혼합하는데, 나노소재중에서는 CNT가 가장 많이 사용되고 있다. 하지만 CNT는 제조 공정 및 제조 비용적인 측면에서 한계점이 있기 때문에 천연적으로 산출되는 HNT에 대한 관심이 모아지고 있다. 본 연구에서는 두 종류의 실란으로 각각 처리된 HNT가 함유된 에폭시 조성물의 열적 기계적 물성에 대해서 조사하였다. 실란처리 된 HNT를 다양한 함량으로 제조하여 에폭시 조성물에 첨가한 후 금형몰드에서 경화시키고 만능재료시험기를 이용하여 기계적 물성을 측정하였으며, differential scanning calorimeter (DSC) thermogravimetric analysis (TGA) thermomechanical Analysis (TMA) 등의 장비를 이용하여 다양한 열적 특성을 측정하였다. 위의 실험 결과, 두 종류의 실란 화합물 중 아민으로 HNT를 표면 처리하였을 경우, 이를 포함하는 에폭시 조성물의 인장강도가 에폭시 실란으로 처리된 HNT를 포함하는 에폭시 조성물 보다 높은 것을 보였다. 또한 치수 안정성 비교를 위한 thermomechanical analysis 실험에서 얻은 선형 열팽창계수는 아민계 실란으로 처리한 HNT 조성물이 65 ppm으로 처리하지 않은 HNT 보다 낮은 값을 갖는 것을 보였다.

열간분말단조 공정의 열탄소성 유한요소해석 (Thermo-Elasto-Plastic Finite Element Analysis of Powder Hot Forging)

  • 김형섭
    • 한국분말재료학회지
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    • 제4권2호
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    • pp.83-89
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    • 1997
  • A finite element analysis to solve the coupled thermomechanical problem in the plane strain upsetting of the porous metals was performed. The analysis was formulated using the yield function advanced by Lee and kim and developed using the thermo-elasto-plastic time integration procedure. The density and temperature dependent thermal and mechanical properties of porous metals were considered. The internal heat generation by the plastic deformation and the changing thermal boundary conditions corresponding to the geometry were incorporated in the program. The distributions of the stress, strain, pressure, density and temperature were predicted during the free resting period, deformation period and dwelling period of the forging process.

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자동차 부품 BRACKET TILT의 용접변형 예측 미 제어에 관한 연구 (II) -유한요소법의 적용- (A Study on the Prediction and Control of Welding Deformation of the BRACKET TILT in Automotive Parts (I) - Application of FEA-)

  • 장경복;강성수
    • Journal of Welding and Joining
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    • 제16권6호
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    • pp.104-112
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    • 1998
  • In the previous study, the countermeasure for welding deformation of bracket tilt is through up through experimental inspection for total process including welding process. For completeness of systematic examination of parts having sensitivity on welding deformation, the comparison and feedback between the result through simulation of welding process and experimental data is needed. In other words, it is necessary to control welding deformation that construct the prediction system for welding deformation through comparison and tuning with experimental data. In the present study, the application of FEA on welding process of bracket tilt with susceptibility to deformation is made and deformation behavior through change of welding sequence is focused on. It is used to improve the exactness of deformation analysis that three dimensional analysis for moving heat source, activated and deactivated bead element, and volume heat flux etc.

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바이메탈형 적외선 이미지 센서 제작과 칸틸레버 변위에 관한 고찰 (A study on MicroCantilever Deflection for the Infrared Image Sensor using Bimetal Structure)

  • 강정호
    • 한국기계가공학회지
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    • 제4권4호
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    • pp.34-38
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    • 2005
  • This is a widespread requirement for low cost lightweight thermal imaging sensors for both military and civilian applications. Today, a large number of uncooled infrared detector developments are under progress due to the availability of silicon technology that enables realization of low cost IR sensor. System prices are continuing to drop, and swelling production volume will soon drive process substantially lower. The feasibility of micromechanical optical and infrared (IR) detection using microcantilevers is demonstrated. Microcantilevers provide a simple Structurefor developing single- and multi-element sensors for visible and infrared radiation that are smaller, more sensitive and lower in cost than quantum or thermal detectors. Microcantilevers coated with a heat absorbing layer undergo bending due to the differential stress originating from the bimetallic effect. This paper reports a micromachined silicon uncooled thermal imager intended for applications in automated process control. This paper presents the design, fabrication, and the behavior of cantilever for thermomechanical sensing.

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