One Dimensional Thermal Elasto-Plastic Analysis Using Layered Beam Theory

적층보 이론을 이용한 1차원 열탄소성 해석

  • 서승일 (코리아타코마조선공업(주)) ;
  • 장창두 (서울대학교 조선공학과)
  • Published : 1990.12.01

Abstract

There exist residual stresses and deformations in welded structures because of nonuniform temperature distribution. The thermal elasto-plastic analysis is necessary to describe the behavor of the structure during welding. In this paper, we calculated the residual stresses and deformations of the welded beam using the I-dimensional layered beam theory. In the previous 1-dimensional analyses, there were restrictions that the equilibrium conditions which were effective only on beams with infinite length were used, and the boundary conditions could not be considered adequately. But, the layered beam theory based on the incremental finite element method, can overcome these restrictions. On the other hand, in the 2-dimensional analysis, the computing time is large because of many degrees of freedom, and there was inaccuracy in the calculation of welding deformations. However, the layered beam theory can take into account the variation of properties along the depth, and can reduce the degrees of freedom considerably in comparision with the 2-dimensional analysis, and shows good agreement with the experiments.

구조물을 용접할 시에는 열전도에 따른 온도 분포의 불균일에 의해 구조물에서 잔류 응력 및 변형이 발생되게 된다. 열전도에 따른 구조물의 거동을 기술하기 위해서는 열탄소성해석이 필요하게 되는데, 본 연구에서는 1차원 적층보 이론을 이용해서 보의 변형 및 잔류 응력을 계산하였다. 기존의 1차원 열탄소성 해석에서는 용접 길이가 무한해야만 성립하는 평형조건을 이용하고 있고, 경계 조건이 적절히 반영되지 못하는 제한성이 있었다. 그러나 증분 유한 요소법에 기초한 적층보 이론은 이런 제한성을 극복할 수 있다. 2차원 열탄소성 해석에서는 자유도의 증가에 따라 계산 시간이 방대해 지고, 변형 계산시에는 부정확성이 있는데에 비하여 적층보 해석에서는 2차원 해석과 같이 보 깊이 방향의 재료 성질 변화도 고려할 수 있고, 2차원 해석에 비해 자유도가 대폭 감소되었으며, 변형 계산에서도 실험치와 잘 부합되고 있다.

Keywords