기계공학 실험 - 성형해석과 성형실험, 다른 하중하의 성형해석 비교 실험

소개글

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목차

1. 성형해석 이론
1.1 성형해석의 필요성
1.2 성형해석의 절차
1.3 성형해석 이론
1.3 CAE(Computer-Aided Engineering)에 의한 성형해석
1.4 성형해석의 도입 효과
1.5. 성형 한계도(Forming Limit Diagram)

2. 성형해석 프로그램
2.1 GPA (Grid Pattern analysis)
2.2 ASAME (The Automated Strain Analysis and Measurement Environment)

3. 성형 해석 절차

4. 결과
4.1 성형해석과 성형실험 결과비교
4.2 다른 하중하의 성형해석 비교

5. 고찰
5.1 성형해석과 성형실험 비교 고찰
5.2 다른 하중하의 성형해석 비교 고찰

본문내용

0.521741
-0.474924
0.953183
4
0.117269
-0.263812
1.146543
5
0.024513
0.01109
0.964397
6
0.0052
-0.02199
1.01679
7
0.118314
-0.253939
1.135625
2) 5ton 일 때 변형률
NODE
MAJOR STRAIN
MINOR STRAIN
THICKNESS (mm)
1
0.012243
0.009556
0.978201
2
0.308073
-0.087262
0.779189
3
0.507844
-0.480412
0.972568
4
0.050979
-0.164019
1.11304
5
0.02873
0.010899
0.960371
6
0.009917
-0.010691
1.000774
7
0.12234
-0.267728
1.145388
3) 25톤일때 변형률
NODE
MAJOR STRAIN
MINOR STRAIN
THICKNESS (mm)
1
0.012623
0.010525
0.976852
2
0.313179
0.065522
0.621299
3
0.521741
-0.484968
0.963227
4
0.117269
-0.257347
1.140078
5
0.024513
0.01232
0.963167
6
0.0052
-0.010908
1.005708
7
0.118314
-0.268404
1.15009
각 하중에서의 두께를 비교한 그래프이다. 값은 조금씩 달라도 거의 경향이 일치하는 것을 볼 수 있다.
◎ 3ton
major strain
minor strain
Thickness
◎ 5ton
major strain
minor strain
Thickness
◎ 25ton
major strain minor strain
Thickness
5. 고찰
5.1 성형해석과 성형실험 비교 고찰
이 실험은 실제로 성형실험을 하고 그 결과를 GPA를 통하여 분석한 값과 박판 성형 해석 프로그램인 PAM STAMP를 이용하여 구한 결과와 비교해보는 실험 이었다.
GPA라는 프로그램은 성형품의 Major Strain과 Minor Strain을 구하는 프로그램인데 우리가 측정하는 것보다 매우 정확하게 변형률을 측정해주는 프로그램이었다.
성형해석 프로그램의 결과 값과 비교해보니 Major Strain 값과 Minor Strain 값의 오차가 큰 것을 볼 수 있었다. 하지만 어느 위치간의 경향성을 살펴보면 비슷한 경향을 갖는 것을 볼 수 있었는데 이는 실험과 해석간의 조건자체가 다르기 때문이라고 생각 되었다. 또 다른 오차의 이유로는 우리가 직접 측정을 할 때 정확한 점을 찍은 것이 아니라 그 주위 3개씩을 찍어보아 그 평균값을 구하였는데 정확하게 같은 점의 변형률 값이 아니기 때문에 큰 오차가 생긴다고 생각 되었다. 또한 우리가 성형품을 만들 때 윤활제 대신 필름을 사용하였는데 필름의 마찰계수 값과 해석프로그램에 입력한 마찰계수 값이 정확하게 일치하지 않았던 것 같다. 더구나 해석 후 모서리부분의 필름은 찢겨져 있었는데 이 때문에 윤활 작용을 제대로 해주지 못해서 성형결과 값과 시뮬레이션 값이 다르게 나왔다고 생각이 된다. 하지만 두께를 비교해보면 거의 오차가 작은 것을 볼 수 있었다. 대부분 해석프로그램의 두께가 큰 것을 발견할 수 있는데 이것은 필름이 윤활 작용을 제대로 해주지 못한 결과 인 것 같았다. 오차가 15%정도 생겼는데 그래도 어느 정도는 비슷한 결과가 나온 것이라고 생각된다. 만약 우리가 더 정확한 조건으로 실험을 한다면 오차가 더 줄어들 것이라고 생각된다.
5.2 다른 하중하의 성형해석 비교 고찰
이 실험에서는 박판 성형 해석 CAE 프로그램인 PAM STAMP를 이용하여 각 하중에 따른 Major Strain, Minor Strain, 그리고 Thickness를 시뮬레이션 해보았다. 우리가 박판 해석에 대해 알고 있던 것은 하중이 너무 크면 드로우 비드에서의 마찰력이 커져서 재료의 유입이 감소하게 되어 재료에 넥킹현상이 일어나서 구멍이 나게 되고 또 하중이 부족하면 마찰력이 작아져서 재료의 유입이 증가하게 되어 성형품에 주름이 생기게 된다는 것 이었다.
이번 해석프로그램의 결과를 본 결과 우리는 우리가 예측했던 결과를 발견 할 수 있었다. 먼저 두께 분포를 보면 소재가 집중되는 아래쪽 꺽이는 부분의 두께가 가장 두꺼운 것을 볼 수 있었고 소재가 가장 많이 늘어나는 위쪽 꺽이는 부분의 두께가 가장 작은 것을 볼 수 있었다.
하중이 커지면 커질수록 성형품의 두께가 줄어드는 것을 발견할 수 있었다. 최대 두께를 살펴보면 거의 차이가 나지 않았지만. 가장 두께가 작은 부분인 윗부분 꺽어지는 부분의 두께를 살펴보면 3ton 일 때에는 0.7291mm 25ton 인 경우에는 0.6953mm로 크게 감소하는 것을 볼 수 있었다.
그리고 재료가 늘어나는 부분에서는 Major Strain이 커지는 것을 볼 수 있었다. 각 하중에서의 Major Strain을 살펴보면 수직으로 세워져 있는 기둥 부분의 Major Strain값이 가장 큰 것을 쉽게 살펴볼 수 있다. 여기서 주의 할 점은 작은 값이기는 하지만 25ton 일 때의 Major Strain이 더 크다는 점인데 이것은 마찰이 크므로 더 많이 소재가 더 많이 늘어나야 된다는 것을 볼 수 있었다. 반면에 재료가 모아지는 부분에서는 Minor Strain 이 감소하는 것을 잘 살펴볼 수 있었다. 아래쪽 꺽이는 부분에서는 넓은 곳의 재료가 모아지기 때문에 Minor Strain값이 큰 것을 볼 수 있다. 여기서 주의 할 점은 3ton 일 때의 Minor Strain값이 더 작다는 점인데 이것은 하중이 작을 때 소재의 유입이 증가하므로 더 많은 압축력을 받기 때문이라고 생각 된다. 위의 결과를 살펴보면 t=1-Emajor-Eminor 인데 하중이 크면 Major Strain , Minor Strain 모두가 증가하기 때문에 t값이 더 얇아 지는 것을 확인 할 수 있었다.
이번 실험으로 박판해석에 대하여 많은 것을 알 수 있게 되었고 복잡한 메카니즘을 컴퓨터 해석으로 간단하게 시뮬레이션 할 수 있다는 것에 놀라고 엔지니어로서 자극을 받는 기회가 되었다.

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