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적층부와 기저부 국소 특징 형상이 DED 공정으로 제작된 인코넬 718 제품의 열-기계 특성에 미치는 영향에 관한 연구

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Author(s)
백선호
Issued Date
2021
Abstract
Directed Energy Deposition (DED) process is one of the additive manufacturing that can produce three-dimensional product, repair and remanufacturing product by depositing new layer using high density energy source such as laser. DED process is occurred thermal characteristic imbalance and residual stress because of repeated thermal history of rapid heating and cooling. The goal of this research work is to investigate the effect of local characteristic shape of the deposited region and the substrate on thermo-mechanical behaviors of the Inconel 718 part fabricated by DED process using finite element analyses (FEAs) and experiments. The deposition experiments are LENS CNC VESTA 1300 (OPTOMEC) carried out using apparatus and DABO MDR-60 (MAXROTEC). Materials of the deposition powder and the substrate are Inconel 718 and S45C, respectively. Thermo-mechanical analyses are performed to investigate variation of thermal and residual stress characteristics during the deposition. Through the comparision of the results of FEAs and those of experiments from the view point of thermal history, proper FE models are obtained. Temperature histories are measured by thermocouple (OMEGA) and data logger (GRAPHTEC) to estimate a proper heat sink coefficient of the FE models for different deposition conditions. The influence of the chamfer angle and the fillet radius of a thin wall on the substrate examined to residual stress distribution in the vicinity of the deposition region obtain suitable chamfer angle and fillet radius of the deposited region. The effects of the substrate geometry for the repair and the deposition strategy on the residual stress distributions in the vicinity of the repaired region by DED process. In addition, substrate design the influence of radius of curvature of the substrates with a double curvature geometry on the residual stress distributions in the vicinity of the deposited region to predict a proper radius of curvature of the substrate. In the future, further experiments and FE analyses are necessary to predict optimum substrate design and deposition strategy to repair the metallic part using a DED process.
Alternative Title
A Study on the Effects of Local Characteristic Shapes of the Deposited Region and the Substrate on Thermo-mechanical Behaviors of the Inconel 718 Part Fabricated by a DED Process
Alternative Author(s)
Baek Sun-ho
Affiliation
조선대학교 일반대학원
Department
일반대학원 기계공학과
Advisor
안동규
Awarded Date
2021-08
Table Of Contents
LIST OF TABLES v
LIST OF FIGURES vi
NOMENCLATURES xi
ABSTRACT xiii

제 1 장 서론 1
제 1 절 연구 배경 및 관련 연구 1
1. 연구 배경 1
2. 에너지 제어형 용착 (DED) 공정 5
3. 관련 선행 연구 7
제 2 절 연구 목적 및 방법 10
1. 연구 목적 10
2. 연구 방법 11

제 2 장 적층 모서리부 형상 별 적층 시 적층 특성 고찰 14
제 1 절 적층 모서리부 형상 개발 14
1. 적층 모서리부 형상 별 유한요소 해석모델 개발 17
2. 열원 모델 개발 19
3. 적층 모서리부 형상 별 유한요소 해석을 위한 데이터 도출 21
가. 자연 대류 및 강제 대류 경계조건 데이터 도출 21
나. 등가 열 손실 계수 데이터 도출 24
다. 기저부 재료의 온도의존 물성 데이터 도출 27
라. 적층 분말 제료의 온도의존 물성 데이터 도출 29
제 2 절 적층 모서리부 형상 별 적층실험 31
1. 적층 모서리부 경사 형상 별 적층 시편 설계 31
가. 모서리부 특징형상을 가지는 적층 시편제작 방법 32
나. 모서리부 챔퍼 형상 적층 시편제작 34
다. 모서리부 필렛 형상 적층 시편제작 36
2. 열 이력 측정 실험 방법 및 실험 38
제 3 절 유한요소 해석모델 검증을 위한 실험 및 해석모델의 비교 40
1. 열 이력 비교를 위한 열전달 해석모델 도출 40
가. 고정 경계조건에 의한 열 손실 계수 도출 41
나. 적층실험 및 열전달 해석의 열 이력 비교 분석 45
2. 적층실험 및 열-기계 연계해석의 변위 비교 분석 50
가. 적층실험 시편 및 해석모델의 변위 비교 방법 50
나. 적층실험 시편 및 해석모델의 변위 비교 51
제 4 절 적층 모서리부 형상 별 열-기계 3차원 유한요소 해석 결과 및 분석 56
1. 적층 모서리부 형상 별 유효 응력 분석 56
2. 적층 모서리부 형상 별 주응력 분석 61
3. 형상 별 각 층 적층 시 최대 응력 분석 63

제 3 장 기저부 형상 별 적층 시 적층 특성 고찰 66
제 1 절 적층 기저부 형상 개발 66
1. 적층 기저부 형상 별 유한요소 해석모델 개발 68
2. 열원 모델 개발 70
3. 적층 기저부 형상 별 유한요소 해석을 위한 데이터 도출 71
가. 자연 대류 및 강제 대류 경계조건 데이터 도출 71
나. 등가 강제 열 손실 계수 데이터 도출 72
다. 기저부 재료의 온도의존 물성 데이터 도출 73
라. 적층 분말 재료의 온도의존 물성 데이터 도출 74
제 2 절 기저부 형상 별 적층실험 75
1. 기저부 형상 별 적층 시편제작 75
가. 기저부의 각도 형상 3축 적층 시편제작 77
나. 기저부의 곡률 반경 형상 5축 적층 시편제작 78
2. 열원의 효율 도출 80
3. 열 이력 측정 실험 방법 및 실험 82
4. 기저부 형상 별 모델 열전달 해석 및 열 이력 실험 비교 분석 83
제 3 절 기저부 형상 별 열-기계 3차원 유한요소 해석 결과 및 분석 86
1. 기저부 형상 별 유효 응력 분석 86
2. 기저부 형상 별 주응력 분석 90
제 4 절 이중 곡률 형상 기저부의 열-기계 특성분석 93
1. 이중 곡률 형상의 기저부 형상 개발 93
2. 유한요소 해석모델 개발 93
3. 기저부 형상 별 열-기계 해석 비교 분석 95
가. 기저부 형상 별 유효 응력 비교 분석 95
나. 기저부 형상 별 주응력 비교 분석 96

제 4 장 결론 및 향후 과제 97

Reference 102
Degree
Master
Publisher
조선대학교 대학원
Citation
백선호. (2021). 적층부와 기저부 국소 특징 형상이 DED 공정으로 제작된 인코넬 718 제품의 열-기계 특성에 미치는 영향에 관한 연구.
Type
Dissertation
URI
https://oak.chosun.ac.kr/handle/2020.oak/17080
http://chosun.dcollection.net/common/orgView/200000490367
Appears in Collections:
General Graduate School > 3. Theses(Master)
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  • AuthorizeOpen
  • Embargo2021-08-27
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