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DED 공정을 이용한 SCM440 기저부 위 G6 분말 적층시 기저부 형상과 적층 전략이 적층 영역 열-기계 특성에 미치는 영향

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Author(s)
양지완
Issued Date
2023
Keyword
Directed Energy Depositon (DED)
Abstract
Directed energy deposition (DED) processes can create three-dimensional metallic parts through layer-by-layer deposition of metallic materials with types of powder and wire on the metallic substrate. A rapid temperature change is taken place in the vicinity of the deposited region for the deposition. The rapid temperature change subsequently provokes an excessive residual stress in the vicinity of the deposited region. Especially, in the section where the deposition shape changes rapidly, the stress concentration phenomenon occurs and the deformation and cracking tend to intensify. The goal of this study is on the influence of the substrate shape and the deposition strategy on thermo-mechanical characteristics of the deposited region to deposit G6 powders on SCM440 substrate using a DED process. In addition, we would like to select an optimal substrate shape and the deposition strategy to reduce residual stress. Characteristic data related to the formation of the deposited region and corresponding deposition conditions for the FE model are provided by DN solutions Inc.. To select a finite element analysis model according to substrate shape, candidates were selected for substrate inclination angle, deposition height, and deposition length, and a 2D analysis model for straight lines and curves was designed according to the Z-axis direction. The validity of the two-dimensional interpretation was derived through the comparison of two-dimensional and three-dimensional interpretations. Temperature-dependent thermo-mechanical properties of G6 and SCM440 considering phase changes are obtained from JMat Pro. Software. The laser beam is assumed to be moving volumetric heat source with gaussian intensity distribution in a plane and penetration depth. Residual stress was predicted and compared according to substrate shape through thermal-mechanical analysis, and the reason for high residual stress was investigated through thermal history. For two-dimensional analysis according to the deposition strategy, the residual stress distribution was confirmed and the displacement was compared through thermal-mechanical analysis by adjusting the deposition path, interpass time, interlayer time, and distance to the reference point. Finally, a finite element analysis model was created according to the pores generated between deposition, and the changes in internal stress during product damage were compared and analyzed by comparing the existing analysis model and thermal-mechanical characteristics.
Alternative Title
A study on the influence of the substrate shape and the deposition strategy on thermo-mechanical characteristics of the deposited region to deposit G6 powders on SCM440 substrate using a DED process
Alternative Author(s)
Ji-Wan Yang
Affiliation
조선대학교 일반대학원
Department
일반대학원 기계공학과
Advisor
안동규
Awarded Date
2023-08
Table Of Contents
제 1 장 서론 1
제 1 절 연구 배경 및 관련 연구 1
1. 연구 배경 1
2. Directed Energy Depositon (DED) 공정 5
3. 선행 연구 7
제 2 절 연구 목적 및 방법 9
1. 연구 목적 9
2. 연구 방법 11

제 2 장 적층 경로 방향 적층시 기저부 형상에 따른 열-기계 특성 분석 13
제 1 절 직선 보수 적층 시 기저부 형상에 따른 열-기계 특성 분석 13
1. 직선 보수 적층 시 기저부 형상에 따른 2 차원 유한요소 해석을 위한 모델 개발 및 데이터 도출 13
가. 직선 보수 적층 시 기저부 형상에 따른 모델 형상 개발 13
나. 직선 보수 적층 시 기저부 형상에 따른 적층부 모델 비교 16
다. 2차원 유한요소 해석 모델 개발 19
라. 온도의존 물성 데이터 도출 20
마. 경계 조건 데이터 도출 23
바. 열원 모델 30
사. 실험 시편을 통한 해석 모델 도출/비교 32
2. 직선 보수 적층 시 기저부 형상에 따른 열-기계 특성 비교 및 분석 34
가. 주응력 위치 비교 및 분석 34
나. 주응력 이력 및 크기 비교 및 분석 38
다. 변형 위치 비교 및 분석 42
라. 변형 이력 및 크기 비교 및 분석 45
3. 직선 보수 적층 시 2 차원 및 3 차원 특성 비교 및 분석 49
가. 직선 보수 적층 시 3 차원 유한요소 해석 모델 개발 49
나. 경계 조건 데이터 도출 50
다. 주응력 특성 비교 및 분석 51
라. 해석 시간 및 해석 용량 비교 및 분석 55
제 2 절 축 대칭 보수 적층 시 기저부 형상에 따른 열-기계 특성 분석 56
1. 축 대칭 보수 적층 시 기저부 형상에 따른 2 차원 유한요소 해석을 위한 모델 개발 및 데이터 도출 56
가. 축 대칭 보수 적층 시 기저부 형상에 따른 모델 형상 개발 56
나. 2차원 유한요소 해석 모델 개발 58
다. 경계 조건 데이터 도출 59
2. 내측 보수 적층 시 기저부 형상에 따른 열-기계 특성 비교 및 분석 62
가. 주응력 위치 비교 및 분석 62
나. 주응력 이력 및 크기 비교 및 분석 66
다. 변형 위치 비교 및 분석 70
라. 변형 이력 및 크기 비교 및 분석 73
3. 외측 보수 적층 시 기저부 형상에 따른 열-기계 특성 비교 및 분석 77
가. 주응력 위치 비교 및 분석 77
나. 주응력 이력 및 크기 비교 및 분석 81
다. 변형 위치 비교 및 분석 85
라. 변형 이력 및 크기 비교 및 분석 88
4. 축 대칭 보수 적층 시 내경에 따른 열-기계 특성 비교 및 분석 92
가. 내경에 따른 2 차원 유한요소 해석 모델 개발 92
나. 경계 조건 데이터 도출 93
다. 주응력 특성 비교 및 분석 94
제 3 절 적층 경로 방향에 따른 적층시 열-기계 특성 비교 및 분석 97

제 3 장 적층 전략에 따른 열-기계 특성 분석 99
제 1 절 적층 방향에 따른 열-기계 특성 분석 99
1. 적층 방향에 따른 2 차원 유한요소 해석을 위한 모델 비교 및 열-기계 특성 분석 99
가. 적층 방향에 따른 모델 비교 분석 99
나. 주응력 특성 비교 및 분석 101
제 2 절 Interpass time 에 따른 열-기계 특성 분석 104
1. Interpass time 에 따른 2 차원 유한요소 해석을 위한 모델 비교 및 열-기계 특성 분석 104
가. Interpass time 에 따른 모델 비교 분석 104
나. 주응력 특성 비교 및 분석 106
제 3 절 Interlayer time 에 따른 열-기계 특성 분석 108
1. Interlayer time 에 따른 3차원 유한요소 해석을 위한 모델 비교 및 열-기계 특성 분석 108
가. Interlayer time 에 따른 모델 비교 분석 108
나. 주응력 특성 비교 및 분석 110

제 4 장 기공 위치에 따른 열-기계 특성 분석 112
제 1 절 기공 위치에 따른 열-기계 특성 분석 112
1. 기공 위치에 따른 2 차원 유한요소 해석을 위한 모델 개발 및 열-기계 특성 분석 112
가. 기공 위치에 따른 2 차원 유한요소 해석 모델 개발 112
나.주응력 특성 비교 및 분석 113

제 5 장 결론 및 향후 과제 116

Reference 119
Degree
Master
Publisher
조선대학교 대학원
Citation
양지완. (2023). DED 공정을 이용한 SCM440 기저부 위 G6 분말 적층시 기저부 형상과 적층 전략이 적층 영역 열-기계 특성에 미치는 영향.
Type
Dissertation
URI
https://oak.chosun.ac.kr/handle/2020.oak/17820
http://chosun.dcollection.net/common/orgView/200000682446
Appears in Collections:
General Graduate School > 3. Theses(Master)
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  • Embargo2023-08-25
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