모서리부 필렛 형상 별 실험을 통해 측정된 열 이력과 열전달 해석을 통해 예측된 열 이력의 비교 결과는 챔퍼 형상 별 비교 결과와 유사하였다. 1, 4번 지점에서는 스패 터의 영향으로 실험과 해석의 온도 차이가 크게 발생하고, 실험을 통해 스패터의 영향 이 조금이라도 있는 2, 5번 지점에서는 약간의 차이가 발생하였지만, 적층이 완료되는 지점에서는 큰 차이가 발생하지 않았다. 스패터의 영향이 가장 적은 3, 6번 지점에서는
± 2oC 내의 오차를 보였으며 실험과 유사한 결과를 갖는 필렛 형상의 적층 모서리부 별 유한요소 해석모델을 제작하였다.
나. 적층실험 시편 및 해석모델의 변위 비교
열-기계 연계해석을 통해 예측된 챔퍼 형상의 변위 변화는 Fig. 45 이며 필렛 형상의 변위 변화는 Fig. 46 과 같다. 경사 형상 별 모델 = 90o (R = 0 mm), 60o, 45o의 변위 변 화는 최대 0.026 mm 로 변화가 매우 미비했다. 최대 변위 변화는 기저부의 끝에서 발생 될 것으로 예측되었으며 챔퍼 형상의 각도 조건에서는 경사각도 15o에서, 필렛 형상의 곡률 반경 조건에서는 곡률 반경 15 mm 에서 가장 높은 변위를 보였으며 모서리부 챔퍼 형상 별 최대 변위 변화는 Table 10, 모서리부 필렛 형상 별 최대 변위 변화는 Table 11 과 같 다.
(a) θ = 90o
(b) θ = 60o
(c) θ = 45o
(d) θ = 30o
(e) θ = 15o
Fig. 45 Displacement distribution for different corner angles
(a) R = 0 mm
(f) R = 5 mm
(g) R = 10 mm
(h) R = 15 mm
Fig. 46 Displacement distribution for different corner radii
Table 10 Maximum displacements of the designed specimens for different corner angles
Chamfer angles (θ) 90o 60o 45o 30o 15o
Max. displacement (mm) 0.013 0.016 0.026 0.157 0.436
Table 11 Maximum displacements of the designed specimens for different corner radii
Fillet radii (R) 0 mm 5 mm 10 mm 15 mm
Max. displacement (mm) 0.013 0.226 0.347 0.479
예측된 열-기계 해석 결과와 마찬가지로 모서리부 챔퍼 형상인 = 90o (R = 0 mm), 60o, 45o 실험 시편의 변위 변화는 매우 미비하여 측정할 수 없었으며, 따라서 유한요소 해석을 통해 예측된 변위 변화와 실험을 통해 측정된 변위 변화의 비교를 할 수 없었다.
반면 최대 변위가 비교적 크게 예측된 = 30o의 적층 시편의 비교 결과 시편에서는 0.298 mm의 변위가 발생되었고, Fig. 44 의 방식으로 측정된 열-기계 해석 결과는 0.241 mm 이며, = 15o의 적층 시편의 비교 결과 시편에서는 0.46 mm의 변위가 발생되었고,
Fig. 44 의 방식으로 측정된 열-기계 해석 결과는 0.457 mm이며 결과는 Fig. 47과 같다.
(a) θ = 30o
(b) θ = 15o
Fig. 47 Comparison of specimens displacement for FEA and that for experiment (θ = 30o and 15o)
모서리부 필렛 형상 별 적층 시편의 변위 및 해석을 통해 예측된 변위는 Fig. 48과 같다.
(a) R = 5 mm
(b) R = 10 mm
(c) R = 15 mm
Fig. 48 Comparison of specimens displacement for FEA and that for experiment (R = 5 mm, 10 mm, 15 mm)
Fig. 47 및 Fig. 48과 같이 비교된 모델은 모두 측정된 실험 결과와 예측된 해석 결과 비 교 시 10% 이내의 오차율을 보이며 이는 Table 12과 같으며 여기서 δ1은 실험을 통해 측정 된 변위 변화, δ2는 유한요소 해석을 통해 예측된 변위 변화이다.
Table 12 Error ratio of the results of FEAs for different characteristic shapes
Corner shape θ = 30o θ = 15o R = 5 mm R = 10 mm R = 15 mm
δ1 (mm) 0.259 0.46 0.333 0.367 0.554
δ2 (mm) 0.241 0.457 0.306 0.362 0.598
Error ratio (%) -7.47 -0.65 -8.82 -7.31 7.36
실험과 유한요소 해석모델 열 이력 및 변위 변화 비교를 통하여 오차범위 10% 이내의 해석모델을 도출하였다. 실험과 비교를 통하여 검증된 해석모델을 기반으로 열-기계 연계 해석을 통하여 실험으로 예측하기 어려운 적층 시 발생하는 내부 잔류응력 특성분석을 하 고자 한다.
제 4 절 적층 모서리부 형상 별 열-기계 3차원 유한요소 해석 결과 및 분석