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DED 공정을 이용한 인코넬 718 대체적 적층 시 경로 의존 잔류응력 특성분석

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Author(s)
김호
Issued Date
2021
Abstract
Directed Energy Deposition (DED) processes selectively dissolve and solidify the material using a high density energy source to produce a desired product. In the DED processes a sudden variation of the thermal history, including rapid heating and cooling in taken place in the vicinity of the deposited region. the sudden variation of the thermal stress causes an excessive residual stress in the vicinity of the deposition region. The residual stress provokes undesired deformation and premature cracking of the fabricated part. The residual stress increased when the deposition volume augmented. In order to overcome these problems, it is necessary to analyze residual stress characteristics during the deposition of material using DED process. The goal of this thesis is to investigate on the effects of the deposition strategy on residual stress characteristics in a large volume deposition of Inconel 718 using a DED process. Various candidate deposition strategies were selected through the investigation of previous research works. In order to select appropriate deposition strategies, repeated thermo-mechanical analyses were performed for thin-layer depositions. Using the results of thermo-mechanical analyses for thin-layer depositions, two appropriate deposition strategies and two comparative deposition strategies for a large volume deposition were obtained. In addition, an optimum deposition strategies for a large volume deposition was estimated from the comparison of residual stress distributions for different deposition strategies. Large volume deposition experiments were carried out to obtain thermal histories during the deposition using the DED process. In order to obtain a proper thermo-mechanical analysis model, thermal histories of thermo-mechanical analyses were compared to those of experiments. Finally, the influence of preheating temperature on residual stress distributions was examined to obtain a proper preheating temperature of the substrate.
Alternative Title
A Study on Residual Stress Characteristics Dependent on the Deposition Strategy in a Large Volume Deposition of Inconel 718 Using a DED Proccess
Alternative Author(s)
HO KIM
Affiliation
조선대학교 일반대학원 기계공학과
Department
일반대학원 기계공학과
Advisor
안동규
Awarded Date
2021-02
Table Of Contents
제 1 장 서론 1
제 1 절 연구 배경 및 관련 연구 1
1. 연구 배경 1
2. 에너지 제어형 적층 (Direct Energy Deposition) 공정 5
3. 관련 연구 7
제 2 절 연구 목적 및 방법 9
1. 연구 목적 9
2. 연구 방법 10

제 2 장 3차원 유한요소 해석을 이용한 적층 경로 선정 및 도출 방법 13
제 1 절 저층 적층 유한요소해석을 위한 데이터 도출 및 모델생성 13
1. 물성 데이터 도출 13
가. 기저부 및 적층부 물성 데이터 도출 13
나. 강제 대류 및 자연 대류 경계조건 데이터 도출 15
2. 열원 모델 개발 20
3. 적층 경로 및 저층 적층 유한요소 모델 개발 21
가. 적층 경로 개발 21
나. 저층 적층 유한요소 해석 모델 개발 22
제 2 절 저층 적층 유한요소 해석을 통한 적정 적층 경로 후보 선정 24
1. 열응력 해석 결과 및 분석 24
가. Alternative-direction Type 응력분포 비교 분석 24
나. Uni-direction Type 응력분포 비교 분석 26
2. 적정 적층 경로 후보 선정 28
제 3 절 다층 적층 유한요소 해석을 통한 적정 적층 경로 선정 30
1. 다층 적층 유한요소 해석모델 개발 30
2. 열응력 해석 결과 및 분석 31
가. 적층 경로별 Von-Mises Stress 비교 분석 33
나. 적층 경로별 1st Principal Stress 비교 분석 34
3. 적층 층별 최대 응력 비교 분석 및 적정 적층 경로 선정 35

제 3 장 다층 및 대체적 적층 시편 설계 및 제작 38
제 1 절 다층 적층 시편 설계 및 제작 38
1. 다층 적층 시편 설계 38
2. 다층 적층 시편 제작 39
제 2 절 대체적 적층 시편 설계 및 제작 42
1. 대체적 적층 시편 설계 42
2. 대체적 적층 시편 제작 43
제 3 절 다층 및 대체적 적층 시 열 이력 측정 실험 44
1. 열 이력 측정 실험 방법 및 실험 44
2. 열 이력 측정 실험 결과 및 고찰 45

제 4 장 유한요소 해석을 이용한 다층 및 대체적 적층 특성 고찰 52
제 1 절 유한요소 해석 모델 도출 52
제 2 절 열전달 해석 결과 및 분석 54
1. 다층 적층 모델 열전달 해석 및 열 이력 비교 분석 54
가. Alternative direction type 2 적용 다층 적층 모델 54
나. Alternative direction type 5 적용 다층 적층 모델 56
2. 대체적 적층 모델 열전달 해석 및 열 이력 비교 분석 58
가. 20 mm × 20 mm × 31 Layer 적층 모델 58
나. 30 mm × 30 mm × 15 Layer 적층 모델 60
제 3 절 열응력 해석 결과 및 분석 63
1. 20 mm × 20 mm × 31 Layer 적층 모델 열응력 해석 결과 및 분석 63
2. 30 mm × 30 mm × 15 Layer 적층 모델 열응력 해석 결과 및 분석 65
3. 적층 후 냉각 진행 시 고정 경계조건에 따른 열응력 해석 결과 및 비교 분석 67
가. 다층 적층 모델 열응력 해석 결과 및 비교 분석 67
나. 대체적 적층 모델 열응력 해석 결과 및 비교 분석 69
제 4 절 다층 적층 시편의 기저부 예열온도에 따른 열응력 해석 73
1. 기저부 예열온도별 열응력 해석 결과 및 비교 분석 73
가. 예열온도별 Von-Mises Stress 비교 분석 75
나. 예열온도별 1st Principal Stress 비교 분석 76
2. 적정 예열온도 선정 76

제 5 장 결론 및 향후 과제 79

Reference 84
Degree
Master
Publisher
조선대학교 대학원
Citation
김호. (2021). DED 공정을 이용한 인코넬 718 대체적 적층 시 경로 의존 잔류응력 특성분석.
Type
Dissertation
URI
https://oak.chosun.ac.kr/handle/2020.oak/16839
http://chosun.dcollection.net/common/orgView/200000360099
Appears in Collections:
General Graduate School > 3. Theses(Master)
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  • AuthorizeOpen
  • Embargo2021-02-25
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