판구조물의 열탄소성 해석

A Study on the Thermal Elasto-Plastic Analysis of Plated Structures

본 논문에서는 선박 및 해양 구조물을 구성하는 용접 판구조물의 변형 및 잔류응력 등 용접 초기 결함을 효율적으로 평가할 수 있는 열탄소성 해석방법을 정립하였다. 또한 평판의 선상가열공법(line heating process)을 열탄소성 시뮬레이션함으로써 작업의 고능률화 및 자동화를 위한 기초연구를 수행하였다. 판구조물에 대한 열전도 해석을 수행하기 위하여 해석적인 방법과 수치적인 방법을 병행하였다. 판구조물의 열탄소성 해석방법에 있어서는 초기변형도법에 근거한 유한요소법을 사용하였으며, 증분 구간중 소성 구역에서는 응력 증분 및 항복응력 중분의 2 차항까지 고려해서 시간 증분을 최적 제어함으로써 해석 불능에 빠지는 문제를 극복하였다. 특히 응력 중분에 탄성계수의 온도에 따른 증분을 2 차항까지 포함시켰다. 평판의 두께와 입열량을 변화시키면서 일련의 용접 열탄소성 실험을 수행하였는 바, 온도 및 용접 변형을 계측하여 수치 계산 결과와 비교하여 상호 부합성이 양호함을 확인하였다.

The welding-induced initial imperfections such as residual stresses and initial strains in plated structures of ships and offshore structures can be effectively evaluated by the thermal elasto-plastic analysis method proposed in this paper. In the analysis of heat conduction of plate structures, both the analytical method and the numerical method are used. For the thermal elasto-plastic analysis of plates, the finite element analysis is performed, based on the initial strain method. In the plastic domain during incremental process, the 2nd order terms of stress increments and yield stress increments were considered, so that time increment could be controlled for more stable solution. To measure temperature distribution and angular distortion of plates during welding, bead-on-plate experiment are perform with various heat input and plate thickness. Measured data show good agreement with the calculated results.