Abstract
Welding is essential in ship production since welding is very popular method for joining two or more metals. However, welding causes residual stress and distortion and these give a bad influence to the structure strength and assembly of ship blocks. Therefore, prediction and treatment of residual stress and distortion is a key to accuracy control in shipyard. In this paper, a computational procedure, based on thermal-elastic-plastic 3-dimensional FEA, has been suggested to simulate butt and fillet welding process. In the simulation process, temperature distribution at each time step is obtained by heat transfer analysis and then thermal deformation analysis is done with obtained temperature distributions to find the residual stress and distortion. In heat transfer analysis, enthalpy method is used to realize phase change at melting temperature. Also element birth and death method is used to simulate adding of weld metal in both heat transfer analysis and thermal elastic plastic analysis. The proposed procedure is verified by related researches and the results show good agreement with those of related researches.
용접법은 선박 생산 공정에 있어서 금속 접합을 위해 가장 많이 사용되고 있다. 용접은 금속 접합을 위해 유용한 방법이지만 국부적 가열, 용융, 냉각으로 이어지는 열하중에 의하여 잔류응력과 잔류변형을 발생시킨다. 잔류응력은 구조물의 강도에 부정적인 영향을 끼치고, 잔류변형은 조립 작업에 부정적인 영향을 끼치게 된다. 그러므로 역학적 방법에 의한 잔류응력과 잔류변형의 예측은 이들을 제어할 수 있는 방법을 작업 전에 제시할 수 있도록 하므로, 선체 강도 확보와 선박 생산성 향상을 위하여 매우 중요한 문제라고 볼 수 있다. 본 논문에서는 이러한 배경에서 용접 현상을 가장 잘 시뮬레이션할 수 있는 방법인 유한요소법을 이용한 3차원 열탄소성 해석을 이용하였다. 열탄소성 해석을 위하여 온도분포를 계산한 후 계산된 온도분포를 이용하여 용접변형 및 응력을 순차적으로 계산하였다. 온도분포 계산을 위하여 용융과정을 엔탈피 방법을 이용하여 구현하였으며, 용접비드의 용입은 요소생성법을 이용하여 구현하였다. 본 연구에서 제안된 해석과정은 기존 연구에서 제시한 실험결과와 정성적으로 일치하는 결과를 주는 것을 확인하였다.
