유한요소법을 이용한 강-티타늄 이종소재의 폭발 용접조건 해석

On the Explosive Welding Characteristics of Steel-Titanium Dissimilar Materials Using finite Element Method

폭약의 폭발시 발생되는 초고압 충격 에너지를 이용한 강-티타늄 이종재질의 폭발접합 특성을 한요소기법에 의하여 실험적인 방법으로는 해석하기 어려운 미시적 관점의 접합조건을 해석하였다. 서로 다른 이종재질간의 접합에서 HI-DYNA2D 유한요소 코드를 이용한 계산결과에 의하면 충돌부근에서의 압력크기는 기존에 수행하였던 Oberg등의 수치적 해석결과와 잘 일치하고 있다. 한편, 폭약이 정상적인 폭발에너지를 발생시키기 위해서는 폭약이 30mm이상의 두께를 유지하여야 하며 50mm이상의 폭약두께는 폭접소재의 접합에 별다른 영향을 주지 못하고 있다. 즉, 폭약을 적게 사용하면 접합에너지가 부족하여 접합이 약하고, 폭약이 과도하게 많게되면 폭약의 손실이 많이 되므로 폭발용접 설계시 이들의 양을 미리 명확하게 예측하는 것이 대단히 중요함을 제시하였다. 한 평행한 상태에서 강-티타늄 이중소재를 접합할 경우의 이격거리는 3-5mm로 유지하는 것이 가장 양호한 접합상태를 얻을 수 있는 것으로 해석된다. 본 연구에서는 폭발용접의 접합특성 해석과 이에 강-티타늄 이종재질의 접합 설계조건을 실험적인 방법으로 구하지 않고, HI-DYNA2D 코드를 활용한 반복작업을 통하여 접합조건의 설계데이터를 충분히 얻을 수 있음을 확인하였다.

Using the two-dimensional hydrocode HI-DYNA2D, a calculation on the explosive selding of dissimilar plates(Steel Titanium) was made for the pressure, temperature, velocity and impact ingles adjacent to the collision point during the welding process. The FEM result indicates that optimal stand-off distance of initially parallel set-up is 3-5mm for various values of the explosive thickness. The calculation shows that when the explosive thickness is around 30mm, the temperature of welding point which is strongly related to the metallic jet formation is 2, 000-3, 500K for the given stand-off distance.