강판의 프레스 성형에 대한 유한요소해석(FE 시뮬레이션) 정확도는 다양한 실험 데이터를 기반으로 지속적으로 개선되고 있습니다. 특히 780MPa 냉간압연 강판의 면내 이축 압축 테스트, 단축 압축 실험, 이축 인장 실험, 면내 반복 하중 실험 등이 이를 뒷받침합니다. 그러나, 강판의 이축 압축 실험은 버클링 억제의 어려움 때문에 아직 보고된 바가 없습니다. 본 연구는 이러한 기술적 한계를 극복하고자 FE 시뮬레이션을 기반으로 특수한 장비와 최적화된 시편 형상을 활용하여 면내 이축 압축 실험을 수행했습니다.
1. 이축 압축 테스트의 필요성
강판의 변형 거동은 이축 인장 조건과 이축 압축 조건에서 서로 다른 결과를 보입니다. 특히, 단축 인장 및 압축 실험에서 알려진 **응력 차이 효과(Stress Differential Effect)**가 이축 조건에서도 동일하게 나타나는지를 검증하는 것이 중요합니다. 그러나 기존 연구에서는 이축 압축 조건에 대한 연구가 부족했습니다.
2. 실험 도구와 시편 설계
2.1. 버클링 억제 도구 개발
- 십자형 결합 지그 및 콤 척:
시편을 고정하고 동시에 슬라이딩 가능하도록 설계된 지그를 활용해 버클링을 억제했습니다. - 우레탄 판 적용:
시편과 지그가 접촉하는 면에 우레탄 판을 부착하여 변형 게이지 손상을 방지했습니다.
2.2. 시편 형상 최적화
시편의 기하학적 구조를 최적화하여 실험 평가 영역에서의 변형 균일성을 확보했습니다.
3. 780MPa 냉간압연 강판의 면내 이축 압축 테스트
3.1. 변형 거동 분석
- 압축 응력과 인장 응력의 차이:
동일한 소성 작업량에서 측정된 압축 응력의 절대값이 인장 응력보다 더 크게 나타났습니다. 이는 단축 실험에서 관찰된 응력 차이 효과가 이축 조건에서도 확인됨을 의미합니다. - 이축 인장 대비 이축 압축:
780MPa 강판은 이축 인장 조건에 비해 이축 압축 조건에서 더 큰 흐름 응력 차이를 보였습니다.
3.2. 특수 도구의 효과
우레탄 판과 특수 설계된 도구는 시편의 버클링을 억제하고 변형 게이지 손상을 방지하는 데 효과적임이 검증되었습니다.
4. 연구의 의의 및 향후 방향
본 연구는 강판의 이축 압축 조건에서의 변형 거동을 측정하기 위한 체계적 접근을 제안하며 다음과 같은 성과를 도출했습니다:
- 버클링 억제 기술 개발:
특수 지그와 시편 설계를 통해 기존의 실험적 한계를 극복했습니다. - 응력 차이 효과 검증:
단축뿐만 아니라 이축 조건에서도 응력 차이 효과가 동일하게 나타남을 실험적으로 입증했습니다.
5. 결과
- 추가 실험을 통해 다양한 강종 및 조건에서 변형 거동을 분석할 필요가 있습니다.
- 응력 차이 효과와 관련된 미세구조 변화에 대한 심층 연구가 요구됩니다.
본 연구는 얇은 강판의 면내 이축 압축 실험에 대한 새로운 방법론을 제시하며, 이를 통해 강판 설계와 산업적 응용에서 중요한 데이터와 통찰을 제공합니다. 이를 기반으로 강재의 성능 최적화와 신뢰성을 높일 수 있는 추가 연구가 기대됩니다.
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