핵연료 지지격자 성형을 위한 Zircaloy-4와 Zirlo 판재의 성형한계도 예측

서윤미(Yunmi Seo),현홍철(Hong Chul Hyun),이형일(Hyungyil Lee),김낙수(Naksoo Kim) 대한기계학회 2011 大韓機械學會論文集A Vol.35 No.8

본 연구에서는 핵연료 지지격자체의 재료인 Zircaloy-4 와 Zirlo 판재의 이론적 성형한계 예측모델을 제시했다. 먼저 인장시험 및 이방성시험으로 응력-변형률곡선과 이방성계수를 획득했으며, NUMISHEET 96을 따르는 돔장출시험으로 두 재료의 실험적 성형한계도들을 얻었다. 이론적 성형한계도는 성형한계모델과 항복조건의 영향을 받는다. Swift 확산네킹이론, Marciniak-Kuczynski 의 재료결함 모델, Storen-Rice 의 정점이론을 이용해 부변형률이 양인 구간에서의 성형한계 곡선을 구했으며, 부변형률이 음인 구간에는 Hill 의 국부네킹 이론을 적용했다. 또한 재료이방성을 고려하기 위해 Hill 48, Hosford 79 항복조건을 사용 했다. Swift 확산네킹모델 (Hill 48 항복조건 적용)과 Hill 모델은 각각 변형률비가 양과 음인 영역에 대해 Zircaloy-4의 성형한계도를 비교적 정확히 예측하며, Zirlo의 성형한계도는 Hosford 79 항복조건 (a = 8)을 적용한 Storen-Rice 모델로 나타낼 수 있다. In this work, we investigated the theoretical forming limit models for Zircaloy-4 and Zirlo used for spacer grid of nuclear fuel rods. Tensile and anisotropy tests were performed to obtain stress-strain curves and anisotropic coefficients. The experimental forming limit diagrams (FLD) for two materials were obtained by dome stretching tests following NUMISHEET 96. Theoretical FLD depends on FL models and yield criteria. To obtain the right hand side (RHS) of FLD, we applied the FL models (Swift’s diffuse necking, M-K theory, S-R vertex theory) to Zircaloy-4 and Zirlo sheets. Hill’s local necking theory was adopted for the left hand side (LHS) of FLD. To consider the anisotropy of sheets, the yield criteria of Hill and Hosford were applied. Comparing the predicted curves with the experimental data, we found that the RHS of FLD for Zircaloy-4 can be described by the Swift model (with the Hill’s criterion), while the LHS of the FLD can be explained by Hill model. The FLD for Zirlo can be explained by the S-R model and the Hosford’s criterion (a = 8).

재생냉각 챔버 제작용 구리합금의 열처리 전후 성형성 평가

유철성(Chul-Sung Ryu),이금오(Keum-Oh Lee),최환석(Hwan-Seok Choi) 한국항공우주학회 2009 韓國航空宇宙學會誌 Vol.37 No.12

액체로켓 연소기의 재생냉각 챔버의 제작에 사용되는 구리합금의 성형성을 돔 장출 시험과 인장시험을 수행하여 평가하였다. 성형성 평가에 사용된 시편은 열처리 유무와 재료의 방향성을 고려하여 제작하여 고온 열처리와 재료의 방향성이 성형성에 미치는 영향을 평가하였다. 시험 결과 열처리 후 구리합금 재료의 성형한계 값은 열처리 전 시편의 성형한계 값에 비하여 증가하였으나, 시편의 제작 방향에 따른 성형성의 차이는 열처리 영향에 비하여 작게 나타났다. 그리고 성형성 평가 시험방법에 따라 성형한계 값이 다르게 나타났다. 이러한 결과들로부터 연소기 재생냉각 챔버의 내측구조물에서 실린더 형상의 구조물을 벌징 공정으로 네킹이나 파손 없이 노즐 형상으로 성공적으로 성형하기 위해서는 벌징 전 재료에 대한 고온열처리가 매우 중요함을 확인하였다. 또한 시험방법이 성형성 평가에 크게 영향을 미치는 것을 확인하였다. 본 연구를 통하여 얻은 구리합금의 성형한계도는 이 재료를 사용하여 제작하는 연소기 재생냉각 챔버 노즐의 구조설계를 위한 데이터로 활용할 예정이다. Dome stretching tests and tension tests were performed to evaluate the formability of a copper alloy used for manufacturing the regenerative cooling chamber. The test specimens were prepared to investigate the effect of heat treatment and direction of specimens on the formability. The test results show that forming limit values are increased by the heat treatment of the material but the variation of the forming limit values by manufacturing direction is negligible compared to the heat treatment effect, and forming limit values are also different according to the test methods. These results indicate that the high temperature heat treatment of the material before bulging is a very important process to deform the inner cylindrical structure of the regenerative cooling chamber into a nozzle shape by the bulging process without necking or fracture and the test methods also have a great effect on a evaluation of the formability. The forming limit diagram obtained in this study would be utilized to the design of regenerative cooling chamber nozzles.

연소기 노즐목부 내피 벌징공정에 대한 소성불안정이론 기반 성형성 평가

허성찬(Seongchan Heo),유철성(Chulsung Ryu),이금오(Keumoh Lee),최환석(Hwanseok Choi) 한국추진공학회 2019 한국추진공학회 학술대회논문집 Vol.2019 No.5

재생냉각형 로켓 엔진용 연소기 노즐목부 내피의 다단벌징공정에 대한 성형성 평가를 수행하였다. 가공경화재료 거동을 가정한 동합금 내피에 대한 성형성 평가 기준으로 소성불안정 이론을 기반으로 한 이론적 성형한계변형률선도를 이용하였다. 다단벌징공정에 대한 수치해석을 수행하였으며 성형한계선도에 적용하기 위한 주변형률 분포를 도출하였다. 상기 결과로부터 스피닝 공정을 통해 제작된 내피는 벌징공정에 있어서 이론적 성형한계 대비 충분한 안전여유를 갖는 것으로 확인되었다. In this article, formability evaluation for the multi-stage bulging process of a nozzle throat inner liner used in the combustion chamber of a regenerative cooling type rocket engine had been carried out. Theoretical forming limit strain diagram based on the plastic instability theory with the assumption on work-hardening material behavior of the copper alloy was adopted as a formability evaluation criterion. Numerical simulation of the bulging process was conducted and the principal strain distribution was obtained for application to the forming limit diagram. From the result, it was verified that the inner liner manufactured through the spinning process had enough safety margin with regard to the forming limit during the forming process.

재생냉각 연소기 챔버 제작용 구리합금의 성형성 평가

유철성(Chul-Sung Ryu),이금오(Keum-Oh Lee),최환석(Hwan-Seok Choi) 한국항공우주학회 2009 韓國航空宇宙學會誌 Vol.37 No.9

액체로켓 연소기 재생냉각 챔버의 제작에 사용되는 구리합금의 성형한계 곡선을 얻기 위하여 돔 장출 시험과 인장시험을 수행하였다. 성형한계 곡선에 대한 실험적인 연구를 위하여 인장시편을 사용하여 인장-압축 변형률 상태의 데이터를 얻었으며, 인장-인장의 변형률 상태를 얻기 위하여 돔 장출 시험용 시편을 사용한 돔 장출 시험 또한 수행하였다. 시험에 사용한 모든 시편은 제작방향에 따라 종 방향과 횡 방향시편으로 구분하였다. 시험 결과 인장-인장 변형률 상태에서 최대 주 변형률과 부 변형률은 62.3%와 58.6%이며, 인장-압축 상태에서는 60.5%와 25.8%로 나타났다. The dome stretching tests and tension tests have been performed to obtain a forming limit curve(FLC) for the copper alloy which is used for manufacturing the regenerative cooling thrust chamber. For experimental investigation of the forming limit curve, we have used in-plane tension specimen to obtain tension-compression strain state as well as out-of-plane specimen to obtain tension-tension strain state through dome stretching test. All specimens were divided into longitudinal and transverse directions according to the orientation of test specimen. The test results showed that in the tension-tension region, copper alloy revealed a maximum major strain of 62.3% and a maximum minor strain of 58.6%. In the tension-compression region, the maximum major strain and the maximum minor strain were measured to be 60.5% and 25.8%, respectively.

성형한계도 시험에서의 윤활 효과

이명근(Myung Geun Lee),김흥규(Heung Kyu Kim),김형종(Hyung Jong Kim) 대한기계학회 2010 대한기계학회 춘추학술대회 Vol.2010 No.5

The present study the effect of lubrication on the forming limit diagram (FLD) obtained from the stretch forming test with a hemispherical punch is investigated experimently. The methodology of the strain measurement and limit strain determination is based on the ISO 12004-2. An oil-type lubricant and a polyurethane membrane coated with tallow are used in the FLD tests and their effect is compared with each other and with the case of no lubricant.

성형한계도 전용 광학식 변형률측정시스템 개발 및 응용

최원석(Won Seok Choe),김형종(Hyung Jong Kim) 대한기계학회 2022 大韓機械學會論文集A Vol.46 No.4

격자 패턴과 스페클 패턴을 모두 지원하는 광학식 자동변형률측정시스템을 개발하고, 국제표준 ISO 12004-2를 비롯하여 현재까지 공개된 여러 가지 위치의존적 및 시간의존적 방법에 따라 금속판재의 성형한계도를 손쉽게 도출할 수 있는 전용 모듈을 추가로 장착하였다. 이를 활용하여 성형한계도 해석을 수행하는 전체 과정을 사례와 함께 설명하고, 해석 방법의 선택이나 수치적 변수의 입력값에 따른 결과를 상호 비교 · 분석하였다. 기존 규정이나 이론을 수정하여 보다 강건한 결과를 얻을 수 있는 방법들을 제안함으로써 새로운 국제표준의 제정에 선제적으로 대응하고자 하였다. An optical automatic strain measurement system capable of supporting both grid and speckle patterns was developed. A dedicated module was additionally installed to easily derive the forming limit diagram of sheet metals according to various position-dependent and time-dependent methods published to date, including the international standard ISO 12004-2. The entire process of performing forming limit analysis was described with sample tests using this system, and the results obtained differently according to the selection of the analysis method or the input values of the numerical parameters were compared and analyzed. This study was intended to prepare, in advance, for the establishment of a new international standard by proposing several methods to obtain more robust results by modifying existing regulations or theories.

금속 판재의 성형한계도 시험법에 관한 연구

장욱경,장윤주,김형종 江原大學校 産業技術硏究所 2010 産業技術硏究 Vol.30 No.A

A forming limit diagram (FLD) defines the extent to which specific sheet material can be deformed by drawing, stretching or any combination of those two. To determine the forming limit curve (FLC) accurately, it is necessary to perform the tests under well-organized conditions. In this study, the influence of several geometric or process parameters such as the blank shape and dimensions, strain measuring equipments, test termination time, forming speed and lubricants on the FLC is investigated.

차체강판의 고속 성형한계 예측

김석봉(Seokbong Kim),안광현(Kwanghyun Ahn),하지웅(Jiwoong Ha),허훈(Hoon Huh),복현호(Hyunho Bok) 한국자동차공학회 2010 한국자동차공학회 부문종합 학술대회 Vol.2010 No.5

This paper deals with the formability of CQ and DP590 steel sheets in relation to the strain rate. The high speed forming limit tests were performed using the high speed crash testing machine and high speed forming jig. Compared with the static FLC, the high-speed FLC of CQ is higher in a simple tension region and lower in a biaxial stretch forming region. The high-speed FLC for DP590 decreases in relation to the static FLC throughout the entire region. The elongation at fracture appears to be closely related to the simple tension region of the FLC. The decrease of the high-speed FLC in the biaxial stretch forming region is due to the shear fracture in fracture surfaces. Three theoretical (Hill?Swift, Jun and M?K models) approaches and two empirical (Keeler?Brazier and Raghavan models) approaches were discussed to predict the FLC of sheet metals. The theoretical models are found to be very conservative, especially at plane strain region in FLC. Among the various prediction models, the Raghavan model with NADDRG curve gives better prediction at plane strain region.

변형률속도를 고려한 DP590의 성형한계도

김석봉(Seokbong Kim),안광현(Kwanghyun Ahn),하지웅(Jiwoong Ha),이창수(Changsoo Lee),허훈(Hoon Huh),복현호(Hyunho Bok),문만빈(Manbeen Moon) 한국자동차공학회 2010 한국 자동차공학회논문집 Vol.18 No.1

알루미늄 5454 합금 판재의 성형성 예측

김찬일,양승한,김영석 대한기계학회 2012 大韓機械學會論文集A Vol.36 No.2

In the automobile industry, reducing the weight is the most important objective for reducing air pollution and improving the fuel efficiency. For this reason, the application of aluminum sheets is increasing. When the sheets are applied to the automobile, using inappropriate variables for the material, product design, and press processing can generate tearing, wrinkling, and spring-back problems, which are the main types of failure in the manufacturing process. Therefore, it is necessary to reduce these failures by harmonizing the many variables and strictly managing the processes. In this research, we study the theoretical plasticity instability of Al5454 and obtain the forming limit diagram (FLD) using MATLAB. Moreover, we compare the theoretical FLD with an experimental FLD obtained from a stretching test. 자동차 산업에서 대기오염을 줄이고 연비를 향상시키기 위해 경량화가 중요한 과제로 여겨지고 있다. 이를 위해 알루미늄 소재의 적용이 증가하고 있다. 판재를 차체에 적용하기 위해서는 주로 프레스 가공 공정을 거치게 된다. 이때, 재료, 제품설계 및 프레스 공정의 부적절한 가공 변수의 사용으로 인하여 파단, 주름, 및 스프링 백 등에 의한 다양한 형태의 가공 불량이 발생한다. 따라서 이들 변수들의 적절한 조화 뿐 만 아니라 엄격한 공정 관리가 요구된다. 이에 본 연구에서는 자동차 판재에 주로 사용되는 Al5454 재료에 대한 이론적으로 유도한 소성 불안정 조건을 구하고, MATLAB을 이용하여 성형 한계도를 도출하였다. 또한, 장출 인장 실험을 통해 얻어진 실험값과 이론적으로 도출한 성형 한계도와의 비교를 수행하였다.