• 제목/요약/키워드: 자긴 효과

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단일 및 복합실린더에서 자긴가공 해석에 관한 연구 (A Study on the Autofrettage Analysis in Single and Compound Cylinders)

  • 심우성;김재훈;이영신;차기업;홍석균
    • 한국추진공학회지
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    • 제12권4호
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    • pp.7-15
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    • 2008
  • 항공기 제작 시 중요한 요소는 항공기 구조의 안전성과 경량화라 할 수 있다. 자긴가공 공정을 통하여 고압의 항공기 부품을 신뢰성 증대와 함께 재료의 경량화도 같이 얻을 수 있다. 이 방법은 주로 단일 실린더에 적용되었다. 그러나 바우싱거 효과에 의하여 자긴가공의 유용함이 줄어든다. 바우싱거 효과를 줄이기 위한 억지 끼워맞춤과 자긴가공을 이용한 복합실린더에 대한 관심이 증대하고 있다. 본 연구에서 동일한 치수를 가진 단일 및 복합실린더를 고려하였다. 복합실린더에서 억지 끼워맞춤에 의하여 경계면에서 낮은 압축 잔류응력이 유도되며, 내경에서 보다 낮은 소성 변형률이 유도된다. 이는 바우싱거 효과를 줄여, 내경에서 더욱 유용한 잔류응력을 얻을 수 있음을 의미한다.

자긴가공된 SCM440 고강도강의 잔류응력평가에 관한 연구 (A Study on the Residual Stress Evaluation of Autofrettaged SCM440 High Strength Steel)

  • 김재훈;심우성;윤용근;이영신;차기업;홍석균
    • 한국추진공학회지
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    • 제14권4호
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    • pp.39-45
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    • 2010
  • 자주포 또는 원자로와 같은 두꺼운 실린더는 압력용기 내부에 유익한 잔류 압축응력을 유도하여 작용압력과 피로수명을 증가시키도록 자긴 가공되고 있다. 자긴가공도가 증가하면 구멍에서 압축잔류응력의 크기도 증가한다. 본연구의 목적은 ASME 코드에 의해 적용된 Kendall 모델을 이용하여 고강도 SCM440 강의 정확한 잔류응력을 예측하는 것이다. SCM440 후육실린더의 내부에 유압이 적용되고 30% 변형률까지 자긴 가공하였다. 자긴가공된 시편은 전해연마하고 X-ray 회절법을 이용하여 정확한 잔류응력을 산출하도록 하였다. 그리고 주사전자현미경을 이용하여 자긴가공에 의해 소성변형된 표면층을 분석하였다. 측정한 잔류응력과 계산된 결과를 비교하여 약간의 차이는 있으나 비교적 서로 잘 일치하고 있다.

자긴가공된 이중실린더의 기계가공효과 (Machining effect of the Autofrettaged Compound Cylinder)

  • 박재현;이영신;김재훈;공정표;차기업
    • 대한기계학회:학술대회논문집
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    • 대한기계학회 2007년도 춘계학술대회A
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    • pp.620-625
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    • 2007
  • Autofrettage process is used for internal forming and sizing of cylinder designed to withstand high internal pressures. Once the tube is autofrettaged, it needs to be machined to its final dimensions both at the bore and its outer surface. This paper presents an analytical analysis and numerical analysis of machined compound cylinder using finite element code, ANSYS10.0. An analytical model for predicting the level of autofrettage following either inner, outer, or combined machining of the compound cylinder is developed for the autofrettage residual stress field is simulated by an autofrettaged pressure. The autofrettaged pressures are obtained by using trying-error method. As autofrettage percentage is 20 %, the numerical results are found to be in almost agreement with the analytical ones. However, as autofrettage percentage is 60 %, the numerical results have a little difference with the analytical ones.

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외경에 홈을 지닌 자긴가공된 압력용기의 응력해석 및 피로수명평가

  • 고승기
    • 기계저널
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    • 제31권4호
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    • pp.356-363
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    • 1991
  • 선형 탄성 유한요소 응력해석과 평균응력 효과를 고려한 저주기 피로실험으로부터 결정된 피로 특성, 그리고 국부변형률 방법을 종합하여 외경에 흠이 존재하는 자긴가공된 두꺼운 압력 용기의 피로수명이 평가되었다. 직사각형의 매우 날카로운 흠에서의 응력집중계수는 타원형 홈에서의 응력집중계수의 약 두배의 값이 얻어졌으며, 고강도 압력용기강인 ASTM A723의 저주기 피 로거동에 대한 평균응력 영향은 Morrow 및 SWT 파라메타를 이용하여 충분히 고려되었다. 균열발생이 예상되는 위험한 부분인 홈의 뿌리부분에서의 국부적인 응력, 변형률이 계산되었으며 예측된 피로수명은 실험적으로 얻어진 수명과 비교했을 때 2에서 4배의 오차를 보이면서 일치 하는 결과를 얻었다.

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자긴가공된 SCM440 고강도강의 잔류응력 및 미세구조 분석에 관한 연구 (A Study on the Residual Stress and Microstructure of Autofrettaged SCM440 High Strength Steel)

  • 김재훈;심우성;이영신;차기업;홍석균
    • 대한기계학회:학술대회논문집
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    • 대한기계학회 2008년도 추계학술대회A
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    • pp.311-316
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    • 2008
  • Thick-walled cylinders, such as a cannon or nuclear reactor, are autofrettaged to induce advantageous residual stresses into pressure vessels and to increase operating pressure and the fatigue lifetimes. As the autofrettage level increases, the magnitude of compressive residual stress at the bore also increases. The purpose of the present paper is to predict the accurate residual stress of SCM440 high strength steel using the Kendall model which was adopted by ASME Code. Hydraulic pressure process was applied and thick-walled cylinders were autofrettaged up to 30% overstrain levels. Electro polishing was performed to get more accurate data. Residual stresses were measured by X-ray diffraction method. The autofrettaged surface which was plastically deformed analyzed using a scanning electron microscope(SEM). Although there were some differences in measured residual stress and numerical, there is a tendency to agree.

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자긴가공된 이중후육실린더의 피로수명에 관한 연구 (A Study on the Fatigue Life of Autofrettaged Compound Cylinder)

  • 이은엽;이영신;양추명;김재훈;차기업;홍석균
    • 대한기계학회논문집A
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    • 제33권4호
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    • pp.296-309
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    • 2009
  • Thick-walled cylinder with high pressure have had wide application in the armament industry. In the thick-walled cylinder, fatigue crack is generated at inner radius and developed toward the outer radius. To prevent generation of fatigue crack, the autofrettage process had been used. The compressive residual stress induced by the autofrettage process extends loading pressure and fatigue life of the thick-walled cylinder. In this study, the residual stress of single and compound cylinder by the autofrettage process was evaluated. The analytical compressive residual stress of single cylinder was good agreement with experimental result at inner radius. The analysis on the residual stress of compound cylinder was conducted. The compressive residual stress at inner radius was increased with the overstrain level. And fatigue life of the compound cylinder with initial crack was evaluated. The considered initial crack shape was straight and semi-elliptical. The fatigue life was extended with the overstrain level. The fatigue life of the compound cylinder with semi-elliptical crack was longer than straight crack. The suitable way to extend fatigue life of the compound cylinder was proposed.

자긴가공된 후육실린더의 잔류응력 해석에 관한 연구 (A Study on Residual Stress Analysis of Autofrettaged Thick-walled Cylinders)

  • 김재훈;심우성;이영신;차기업;홍석균
    • 한국정밀공학회지
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    • 제26권12호
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    • pp.110-116
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    • 2009
  • Thick-walled cylinders, such as a cannon or nuclear reactor, are autofrettaged to induce advantageous residual stresses into pressure vessels and to increase operating pressure and the fatigue lifetimes. As the autofrettage level increases, the magnitude of compressive residual stress at the bore also increases. However, the Bauschinger effect reduces the compressive residual stresses as a result of prior tensile plastic strain, and decreases the beneficial autofrettage effect. The purpose of the present paper is to predict the accurate residual stress of SNCM8 high strength steel using the Kendall model which was adopted by ASME Code. The uniaxial Bauschinger effect test was performed to decide BEF, then this constant was used in calculation. There were some differences between theoretical solution and modified solution.

멱함수 가공경화 모델을 이용한 복합실린더의 자긴가공해석 (Autofrettage Analysis of Compound Cylinder with Power Function Strain Hardening Model)

  • 박재현;이영신;심우성;김재훈;차기업;홍석균
    • 대한기계학회논문집A
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    • 제32권6호
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    • pp.488-495
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    • 2008
  • In order to achieve long fatigue lifetimes for cyclically pressurized thick cylinders, multi-layered compound cylinder has been proposed. Such compound cylinder involves a shrink-fit procedure incorporating a monobloc tube which has previously undergone autofrettage. The basic autofrettage theory assumes elastic-perfectly plastic behaviour. Because of the Bauschinger effect and strain-hardening, most materials do not display elastic-perfectly plastic properties and consequently various autofrettage mo dels are based on different simplified material strain-hardening models, which is assumed that combination of linear strain-hardenig and power strain-hardening model. This approach gives a more accurate prediction than the elastic-perfectly plastic model and is suitable for different strain-hardening materials. In this paper, a general autofrettage model that incorporates the material strain-hardening relationship and the Bauschinger effect, based upon the actual tensile-compressive stress-strain curve of a material was proposed. The model was obtained using the von Mises yield criterion and plane strain condition. The tensile-compressive stress-strain curve was obtained by experiment. The parameters needed in the model were determined by fitting the actual tensile-compressive curve of the material. Finally, strain- hardening model was compared with elastic-perfectly plastic model.

자동차용 압축천연가스 저장용기의 피로수명향상을 위한 자긴처리 효과 분석 (Analysis of an Autofrettage Effect to Improve Fatigue Life of the Automotive CNG Storage Vessel)

  • 김호윤;황범철;배원병;한승무;김철
    • 소성∙가공
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    • 제17권4호
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    • pp.292-301
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    • 2008
  • Type 2 compressed natural gas(CNG) storage vessels for automobiles are becoming widely used. They are not only supplied to automakers in Korea, such as Hyundai Motors, but increasingly, they are being exported overseas. Autofrettage is a process that produces beneficial residual stresses in a vessel by subjecting it to excessive internal pressure. This strengthens the vessel and improves its fatigue resistance. This paper presents research investigating the autoftettage process and residual stresses it produces in type 2 CNG storage vessels. A finite element analysis technique and a closed form equation are used. Then, fatigue resistance is analyzed through a fatigue evaluation performed according to ASME section VIII.

Type3 복합재료 압력용기의 복합재층 손상에 따른 영향성 평가를 위한 해석기법에 관한 연구 (A Study on Analysis Method to Evaluate Influence of Damage on Composite Layer in Type3 Composite Cylinder)

  • 이교민;박지상;이학구;김영섭
    • Composites Research
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    • 제23권6호
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    • pp.7-13
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    • 2010
  • CNG 차량에서 실사용 중 Type3 복합재료 압력용기의 외부 복합재 층에 결함이 발생된다면, 용기의 구조적 성능 즉, 원래의 설계수명보다 반복수명이 감소되는 현상을 초래할 수 있다. 이에 따라, 본 연구에서는 복합재 결함을 고려한 복합재료 압력용기의 유한요소 모델링과 해석 기법을 제시하였다. Type3 복합재료 압력용기의 유한요소해석은 자긴처리 공정에서 알루미늄 라이너의 소성 변형으로 인해 경로 의존적 현상을 보이므로, 실사용 중 결함이 발생되는 실제 환경을 고려한 해석에서 결함은 자긴압력 이후에 도입되어야한다. 이러한 상황의 사실적인 시뮬레이션을 위해, 해석의 중간단계에서 결함이 도입되는 유한요소 모델링과 해석 기법이 제시되었으며, 해석결과는 해석의 시작단계에서부터 모델에 초기결함을 내포하는 일반적 유한요소해석과 비교되었다. 제안된 해석 기업은 Type3 복합재료 압력용기의 복합재층 손상에 따른 영향성 평가 및 실사용 중에서의 검사 기준을 마련하는데 효과적으로 사용될 수 있다.