피닝잔류응력 평가를 위한 경사충돌 유한요소해석모델 = Oblique impact finite element analysis model for peening residual stress evaluation|RISS 상세보기

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

In this paper, we propose a 3-D finite element (FE) model for evaluation of residual stress under oblique impact. The present work composes of three main parts as follows;
First, we examine physical factors such as material damping coefficient, dynamic friction coefficient, elasto-plastic shot and determine value of the factors. The single impact FE model consists of 8-node brick element with reduced integration (C3D8R). Deformation of shot ball is additionally considered in this work. We use shot models on rigid shot (RS) without deformation, elastic shot (EDS) and plastic shot (PDS) with deformation and study peening residual stress distribution on various impact angles. We compare FE solution from the shot models with experimental solutions by X-ray diffraction (XRD). The FE model with combined factors showed converged and unique distributions of surface stress, maximum compressive residual stress and deformation depth. Further, in contrast to the FE models with RS, EDS and PDS produces residual stresses close to experimental solutions by XRD. We therefore validated the single shot FE model with combined peeing factors and plastic deformable shot.
Secondly, combining factors determined from the single shot impact FE analyses to multi shot model, we then investigate the FE peening coverage, dependency of impact sequence, effect of impact pattern and angle, averaged area solution and effect of cycle repetition. The FE residual stress solutions are extracted at four impact nodes of FE model. In contrast to RS and EDS, the FE solution of PDS is superior in equi-biaxial convergency and closer to the XRD experimental solution. We thus confirmed that the multi shot oblique-impact FE model with combined peening factor and plastic shot can successfully provide the FE solution for equi-biaxial residual stress in multi-impact shot peening. The XRD solution generally gives the value of area averaged residual stress at X-ray irradiated region. Considering this, we take an average of residual stresses at all nodes forming the cross-sections at each depth. We also take an average of residual stresses at the 4-nodes of FE model. Contrary to 4-nodes averaged solution, full nodes averaged solution is quite close to experimental solution. Especially, plastic shot model gives much better solution. From this, we achieved the convergency to equi-biaxial stress state by considering impact pattern, multi-impact sequence and impact angle. All-nodes averaged solution is quite close to the experimental XRD solution.

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국문 초록 (Abstract)

본 논문에서는 경사충돌시 피닝잔류응력 평가를 위한 3차원 유한요소해석 모델을 제안한다. 해석모델은 단일숏과 다중숏을 이용내용은 크게 두 부분 으로 구성되며, 아래와 같다.
첫째는 단일숏 경사충돌 해석모델을 통해 재료감쇠 계수, 동적 마찰계수, 탄-소성 숏볼, 변형률 속도 등의 물리적 인자들의 영향을 살펴보고, 해석모델에 적용될 인자들의 값을 선정한다. 3차원 8절점 감차적분요소들로 반대칭 해석 모델을 구성한다. 숏볼 해석모델은 충돌후 변형을 무시한 강체숏 (RS: Rigid shot), 탄성만 고려된 탄성숏 (EDS: Elastic deformable shot) 및 변형을 고려한 소성숏 (PDS: Plastic deformable shot)을 선정한다. 또한 다양한 투사각을 적용해 투사각에 따른 피닝잔류응력해의 변화를 살펴본다. 이 해석모델들을 통해 얻어진 유한요소해와 X-선 회절 (XRD: X-ray diffraction)에 의한 실험해 를 비교한다. 이때 통합된 인자가 반영된 유한요소해석모델은 표면 및 최대 압축잔류응력, 변형깊이 등에서 수렴을 이루는 단일화된 응력분포를 보인다. 그리고 소성숏 해석모델은 강체 및 탄성숏 해석모델과 비교시, XRD 실험해에 매우 근접한 잔류응력해를 준다. 이로부터 통합된 피닝인자들과 소성숏이 사용된 유한요소해석모델의 유효성을 입증하였다.
둘째는 단일숏 경사충돌해석에서 결정된 피닝인자들을 다중숏으로 확장 하여 숏볼수량, 투사각 및 속도, 주기반복성, 충돌패턴, 면적평균 등을 조사 한다. 통상 피닝공정은 숏볼들이 재료에 투사될 때 분사형태로 충돌한다. 이를 해석모델에 반영하여 충돌시 숏볼의 투사각을 고려해 해석을 수행한다. 강체, 탄성숏 모델의 해석해들에 비해 소성숏 해석해가 양축등가응력으로의 수렴성이 우수했다. 또한 X-선 조사부에서 면적평균 잔류응력값을 측정하는 XRD 실험을 고려해, 해석모델의 각 깊이에 해당하는 단면에서 그 단면을 구성 하는 전체 절점들의 면적평균 잔류응력해를 살펴보았다. 그리고 이를 XRD 실험해와 비교하였다. 경사충돌을 고려한 해석모델의 잔류응력해는 수직충돌 모델의 해석해보다 실험해에 근접했다. 이와 같이 물리 및 운동학적 인자들의 통합, 소성숏 해석모델, 경사충돌, 면적평균 잔류응력해를 통하여 숏피닝 잔류응력 평가를 위한 유한요소해석 모델의 유효성을 확인하였다.

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본 논문에서는 경사충돌시 피닝잔류응력 평가를 위한 3차원 유한요소해석 모델을 제안한다. 해석모델은 단일숏과 다중숏을 이용내용은 크게 두 부분 으로 구성되며, 아래와 같다. 첫째는 단...

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