고장력강 브라켓 용접부의 외력작용 시 역학적 거동에 관한 연구

Abstract

One of the essential factors to consider when building on/offshore structures and ships is the optimal combination of economic and safety. Therefore, it is necessary to improve the designing method that depends on the internal experience of the shipbuilder during structural design. Accurate structural analysis and optimal design are needed to reduce material cost through structure weight reduction and improve speed in case of ship. However, there is no consideration of welding residual stress due to the increase of calculation time of stress analysis and the lack of computer capacity.

In on/offshore structures and ships, fillet welding is mainly used for the welding of brackets and longitudinal members. So, it is necessary to clearly understand the mechanical characteristics of the bracket fillet weld‘s thermal properties and weld residual stresses that need to be predicted.

Therefore, in this study, the residual stress of fillet welding by using FCAW (Flux Core Arc Welding) which is used in on/offshore bracket structures and ship was measured. In addition, using the three dimensional numerical analysis (SOLID MODEL), the characteristics of weld residual stresses were deducted through thermal and mechanical properties evaluation.

To investigate the effects of residual stress on the structural analysis of high tensile steel(Y.S 700MPa) fillet welds, numerical analyzes were conducted. Through this analysis, the residual stress of the high tensile steel fillet weld was measured, and the reliability of numerical simulation was secured by comparing the measured residual stress with numerical analysis to verify the validity of the numerical analysis.

Then, the stress was measured at the point where the residual stress was measured by applying a load under the residual stress, and the stress was measured at the same point by applying a load in the state of no residual stress. The values in two cases were compared and analyzed.|해양 구조물 및 선박의 건조 시 반드시 고려하는 필수 요소 중 하나가 경제성과 안정성의 최적의 조합이다. 따라서 구조 설계 시 제작사(조선소 등) 내부 경험에 의존하는 설계 방식을 개선하고 구조물 중량 감소를 통한 자재비 절감 및 선박의 경우 속력 향상을 위해 정확한 구조해석과 최적 설계가 수행되어야 한다.

따라서 정확한 구조해석을 하기 위해서 각 제작사(조선소 등)와 선급단체에서는 많은 인력을 투입하고, 관련 기술을 발전시켜왔다. 그러나 구조해석 시 해석 프로그램을 운용하는 컴퓨터의 해석 시간 증가 및 용량 부족 등으로 인하여 용접 잔류응력에 대한 고려는 없는 것이 실정이다. 그러므로 용접 잔류응력에 대한 영향이 고려되고 이를 구조 해석 시 적용될 수 있다면 더 정확한 최적설계가 가능할 것으로 판단된다.

해양 구조물 및 선박에서는 각종 브라켓 및 부재(longitudinal member) 부위의 용접은 필렛용접이 주를 이루고 있으므로, 해당 필렛용접부에 대한 역학적 특성을 명확히 파악하기 위해, 필렛용접부의 열적 특성 및 용접 잔류응력을 예측할 필요가 있다.

따라서 본 연구에서는 해양 구조물 및 선박 건조 시, 적용되는 브라켓, 1차 및 2차 부재 용접에 많이 사용되는 필렛 용접부에 대하여 구조 해석 시(하중 적용 시) 잔류응력을 고려할 경우, 필렛 용접구조제의 역학적 거동의 변화 특성을 고찰하고자 하였다.