프로젝션 용접거동 분석 : 용접부 파단하중 평가 및 사각너트 형상최적화 :Analyzing resistance projection welding behavior: weld fracture load evaluation and shape optimization of square weld nut

하상언

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자료유형: 학위논문

저자정보: 하상언 (서강대학교, 서강대학교 대학원)

지도교수: 이형일

발행연도: 2019

저작권: 서강대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.

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이 논문의 연구 히스토리 (7)

2019

다구치 방법과 FE해석을 통한 너트프로젝션용접 사각너트 형상최적설계

하상언 , 한기열 , Siva P 외 4명 대한기계학회 논문집 A권 2019.06 학술저널

프로젝션 용접거동 분석 : 용접부 파단하중 평가 및 사각너트 형상최적화

하상언 기계공학과 2019.01 학위논문

2018

고강도강의 이종재질 및 두께간 프로젝션용접부 전단파단하중 예측

하상언 , 한기열 , Siva P 외 4명 대한기계학회 춘추학술대회 2018.12 학술대회자료

3차원 유한요소해석에 의한 너트형상 및 용접변수에 따른 너트프로젝션용접 용접거동 분석

하상언 , 한정무 , 이형일 대한기계학회 춘추학술대회 2018.04 학술대회자료

프로젝션용접 FE 해석을 통한 재료강도에 따른 적정용접구간 도출

하상언 , 최완섭 , 임성상 외 2명 대한기계학회 논문집 A권 2018.02 학술저널

2017

AA3003 재료에 대한 돌출저항용접 용접거동 분석

하상언 , 한정무 , 양준호 외 2명 대한기계학회 춘추학술대회 2017.11 학술대회자료

돌출저항용접 FE 해석을 통한 재료강도에 따른 적정용접구간 도출

하상언 , 최완섭 , 임성상 외 2명 대한기계학회 춘추학술대회 2017.04 학술대회자료

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프로젝션용접은 전류밀도를 돌기부에 집적시켜 저항국부발열을 이용해 용접하는 방법이다. 접촉면적이 적어 점용접에 비해 낮은 가압력과 전류로 용접하므로 외관품질이 좋다. 본 연구에서는 Abaqus (6.13ver)로 전기-열-응력이 3중 연계된 프로젝션용접 전산모사를 수행했다. DP780강에 대한 실험 / 해석간 너깃크기 오차는 7 %로 전산모델의 신뢰성을 확인했으며 핵심 연구 결과는 다음과 같다. (i) 판재간 프로젝션용접에선 가압력, 전류, 통전시간, 돌출부 높이, 재료강도에 따른 해석 너깃크기를 토대로 고강도강의 적정용접 구간이 기존 강재보다 더 낮은 가압력, 전류영역대에서 형성됨을 보였다. (ii) 이종재질 / 두께간 프로젝션용접부 전단시험을 통해 파단하중을 분석했다. 차원해석으로 계면 및 버튼파단에 대해 파단하중 평가식을 제시했고 평가식 / 실험간 파단하중 평균오차는 약 6.4 % 이다. 고강도강에 대한 너깃크기-시편 두께 관계에 따른 파단모드를 분석해 버튼파단이 발생하는 임계너깃크기를 상-하부 용접시편 평균두께의 항으로 제시했다. (iii) 전처리 코드를 작성해 너트형상 변경이 용이한 전산모델을 구축했다. 다구치방법으로 DP780 판재에 대한 사각너트 용접거동을 분석해 최적너트 형상을 제시했다. 위의 프로젝션 용접 결과들을 통해 현재 실험위주로 수행되는 재료의 적정용접구간 및 용접부 파단하중 분석, 최적너트형상 개발에 소요되는 시간과 비용을 최소화할 수 있다.

The resistance projection welding (RPW) is a method, in which current is concentrated on the projection to induce local heat generation. As the technique can be conducted under lower electrode force and current than resistance spot welding (RSW) owing to the small contact area, it is possible to obtain better weld appearance. In this study, a fully coupled electrical-thermal-mechanical RPW finite element (FE) analyses are performed by using Abaqus (6.13ver). Since the average error of nugget size between the RPW experimental results and FE analyses is 7 % for DP780 steel, the constructed FE model is valid. The main results are as follows: (i) In plate-to-plate RPW, acceptable weld domains in HSS are estimated based on the FE analysis nugget size according to the electrode force, projection height, current, welding time, and material strength, which moves towards a lower current and higher electrode force region than that of conventional steel. (ii) The weld fracture load is analyzed through the lap shear test of projection-welded sheets with dissimilar materials and thickness. The evaluation equations of weld fracture load are proposed for interfacial fracture (IF) and pullout fracture (PF) via dimensional analysis, and the average errors are 5.4 % and 6.4 %, respectively, when compared to the experimental results. By analyzing the failure mode with the relationship of nugget size-sheet thickness, a critical nugget size ensuring PF was suggested as the term of average thickness of two welded sheets. (iii) A preprocessing code is made for an easy change of the nut geometry in FE model. The optimal square weld nut shape is then suggested via Taguchi method by analyzing welding behavior for the DP780 plate. The aforementioned RPW results show that it is possible to minimize the time and cost required for predicting acceptable weld domain, weld fracture load, and development of the optimal nut shape design; these are currently performed through experimental methods.

제 1 장 서 론 1
1.1 연구배경 1
1.2 판재간 프로젝션용접 2
1.3 너트프로젝션용접 3
1.4 용접부 파단거동 5
1.5 연구목표 7
제 2 장 프로젝션용접 9
2.1 원리 및 3대 주요용접변수 9
2.2 전기-열-응력 3중해석 10
2.3 용접부 파단거동 이론 12
2.4 유한요소모델 14
2.5 재료물성 17
제 3 장 실험 및 분석방법 25
3.1 용접실험 25
3.2 Lap shear 시험 27
3.3 차원해석 28
3.4 다구치방법 29
제 4 장 판재간 프로젝션 용접거동 분석 38
4.1 가압력, 전류, 돌출부 높이에 따른 초기접촉저항 분석 38
4.2 시간별 용접거동 분석 39
4.3 유한요소모델 신뢰성 검증 40
4.4 재료강도에 따른 적정용접구간 분석 41
4.5 용접부 전단파단하중 평가식 43
4.6 고강도강 버튼파단기준 분석 47
제 5 장 너트프로젝션 용접거동 분석 60
5.1 전류세기에 따른 너트발 붕괴양상 및 용입깊이 분석 60
5.2 디자인변수에 따른 용접성 분석 61
5.3 사각너트 형상최적화 63
5.4 유한요소모델 신뢰성 검증 64
제 6 장 결 론 73
Appendix 74
Appendix A 판재간 프로젝션용접에서의 주요용접변수 도출 74
Appendix B 알루미늄소재 용접거동 분석 77
References 81

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