선상가열 판변형 해석을 위한 고유변형도 영역의 결정법

Abstract

선상가열에 의한 판 변형 예측은 고유변형도법에 의해 효율적으로 예측할 수 있다. 종래의 용접에서의 고유변형도 결정 방법은 용접 실험을 통하여 온도분포와 강의 상변태 영역(Ac3)을 시편을 절단하여 계측하고 이를 고유변형도 영역으로 간주하는 것이었다. 선상가열의 현상은 용접과 유사하므로, 용접과 같은 조건 하에서 얻어진 결과를 그대로 선상가열 해석에 이용하여 왔으나 이 결과는 가열 패턴이나 판 두께에 제한을 가지고 있다. 또한 현장에서는 선상가열 후 수냉 처리하는데 그 과정에서 강이 원래의 상으로 돌아가지 않고 마르텐사이트가 되면서 전단 소성 변화를 일으킨다는 점에 착안하여, 본 연구에서는 종래에 시편의 온도계측과 상변태 영역을 직접 계측하는 파괴검사법을 FEM을 이용한 이론해석으로 대체하였다. 즉 임의의 적절한 열속 모델에 대한 온도 분포를 얻고, 조직변화에 따라 추가적으로 발생하는 소성 영역을 고려하기 위하여 공석 온도 영역까지 포함시켜 온도계측과 파괴실험 없이 순수한 이론만으로 고유변형도 영역을 결정하는 새로운 방법을 제안하였다. 이 방법으로 결정한 영역을 이용하여 판의 변형을 예측하고 실험 결과와 비교하여 잘 일치함으로써 본 논문에서 제안한 방법의 유효성을 입증하였다. The inherent strain method is known to be very effective in predicting the plate deformation by line heating. Traditionally the inherent strain regions have been determined from the temperature distribution and the phase transformation regions(Ac3) of welding experiments. Since the phenomena of line heating are similar to those of welding, the experimental results under the same welding conditions have been applied directly to line heating analysis. The results cannot, however, reflect the effect of heating pattern and plate thickness. Besides, water-cooling in the actual heating process can alter the steel's phase to martensite and shear plastic deformation occurs during the transformation. In this study, the experimental measurement of temperature distribution was substituted with a transient heat transfer analysis using FEM so that we could obtain the temperature distribution according to heat flux models of the heating pass. In order to consider plastic strains occurring additionally under phase transformation, inherent strain regions were assumed to be limited to the eutectoid temperature(Ac1). Using the regions, plate deformations could be predicted to validate our method and the results were in good agreement with the experimental ones