KR100911629B1 - Method of prediction of Deformation Behavior and Interfacial Friction under Hot Working Conditions using Inverse Analysis - Google Patents

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KR100911629B1 KR1020070022675A KR20070022675A KR100911629B1 KR 100911629 B1 KR100911629 B1 KR 100911629B1 KR 1020070022675 A KR1020070022675 A KR 1020070022675A KR 20070022675 A KR20070022675 A KR 20070022675A KR 100911629 B1 KR100911629 B1 KR 100911629B1
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Abstract

본 발명은 열간 성형조건에서의 소재의 변형거동의 예측방법에 있어서, 서로 다른 압축 속도에 따른 압축 실험을 통하여 실험 데이터를 얻는 제 1단계; 제 1단계에서의 실험 조건 및 유동응력 함수의 미정계수의 가정에 따른 FEM시뮬레이션을 통해 설정된 하중과, 제 1단계에서의 실험데이터의 하중에 의해 결정되는 목적함수 값을 결정하는 제 2단계; 제 2단계의 목적함수 값이 수렴조건을 충족할 때까지 제 2단계를 반복하여 유동응력함수의 미정계수를 결정하는 제 3단계를 포함하여 구성되어, 링 압축 실험과 이에 의한 역공학에 의해 FEM시뮬레이션을 수행함으로써, 소재의 유동응력과 공구와 소재간의 마찰을 동시에 결정하게 되어, 미지의 소재의 변형 거동을 쉽게 예측하여 부품 산업이나 소재 개발이 이용될 수 있는 효과가 있다. The present invention provides a method for predicting deformation behavior of a material under hot forming conditions, comprising: a first step of obtaining experimental data through compression experiments according to different compression speeds; A second step of determining an objective function value determined by the load set through FEM simulation according to the experimental conditions in the first step and the assumption of the unknown coefficient of the flow stress function and the load of the experimental data in the first step; The second step is to determine the unknown coefficient of the flow stress function by repeating the second step until the objective function value of the second step satisfies the convergence condition. By performing the simulation, it is possible to determine the flow stress of the material and the friction between the tool and the material at the same time, so that the deformation behavior of the unknown material can be easily predicted, so that the parts industry or the material development can be used.

성형조건, 변형거동, 예측방법, 역공학 Molding condition, deformation behavior, prediction method, reverse engineering

Description

열간성형조건에서의 소재의 변형거동과 공구와 소재간의 마찰조건 예측방법 {Method of prediction of Deformation Behavior and Interfacial Friction under Hot Working Conditions using Inverse Analysis} Method of prediction of Deformation Behavior and Interfacial Friction under Hot Working Conditions using Inverse Analysis}

도 1은 본 발명에 따른 성형 조건에서의 소재의 변형 거동의 예측 방법을 나타낸 순서도, 1 is a flowchart showing a method for predicting deformation behavior of a material under molding conditions according to the present invention;

도 2는 Nb-V스틸과 저탄소강 및 고탄소강의 화학 조성을 나타낸 표, 2 is a table showing the chemical composition of Nb-V steel and low carbon steel and high carbon steel,

도 3의 (a)는 900 oC에서 각각의 압축속도에 따른 Nb-V스틸 시편의 실험 하중을 나타내는 그래프,Figure 3 (a) is a graph showing the experimental load of the Nb-V steel specimens at each compression rate at 900 ° C,

도 3의 (b)는 950 oC에서 각각의 압축속도에 따른 Nb-V스틸 시편의 실 험 하중을 나타내는 그래프,Figure 3 (b) is a graph showing the test load of the Nb-V steel specimen at each compression rate at 950 ° C,

도 4의 (a)는 각각의 압축속도에 따른 저탄소강 시편의 실험 하중을 나타내는 그래프,Figure 4 (a) is a graph showing the experimental load of the low carbon steel specimens according to each compression rate,

도 4의 (b)는 각각의 압축속도에 따른 고탄소강 시편의 실험 하중을 나타내는 그래프,Figure 4 (b) is a graph showing the experimental load of the high carbon steel specimens according to each compression rate,

도 5의 (a)는 압축속도가 0.40mm/sec, 900 oC에서의 Nb-V스틸 시편에 있어서 실험에 의한 하중과 역공학을 통하여 결정된 유동응력을 이용한 FEM시뮬레이션을 통한 하중을 비교한 그래프, Figure 5 (a) is a graph comparing the load through the FEM simulation using the experimental stress and the flow stress determined through reverse engineering for the Nb-V steel specimen at a compression rate of 0.40mm / sec, 900 o C ,

도 5의 (b)는 압축속도가 0.40mm/sec, 950 oC에서의 Nb-V스틸 시편에 있어서 실험에 의한 하중과 역공학을 통하여 결정된 유동응력을 이용한 FEM시뮬레이션을 통한 하중을 비교한 그래프,Figure 5 (b) is a graph comparing the load through the FEM simulation using the experimental stress and the flow stress determined through reverse engineering for the Nb-V steel specimen at a compression rate of 0.40mm / sec, 950 o C ,

도 6의 (a)는 압축속도가 0.80mm/sec, 1000 oC에서의 저탄소강 시편에 있어서 실험에 의한 하중과 역공학을 통하여 결정된 유동응력을 이용한 FEM시뮬레이션을 통한 하중을 비교한 그래프,Figure 6 (a) is a graph comparing the load through the FEM simulation using the experimental stress and the flow stress determined through reverse engineering for the low carbon steel specimen at a compression rate of 0.80mm / sec, 1000 o C,

도 6의 (b)는 압축속도가 0.80mm/sec, 1000 oC에서의 고탄소강 시편에 있어서 실험에 의한 하중과 역공학을 통하여 결정된 유동응력을 이용한 FEM시뮬레이션을 통한 하중을 비교한 그래프,FIG. 6 (b) is a graph comparing loads obtained by experiments with FEM simulations using flow stress determined through reverse engineering for high carbon steel specimens at a compression rate of 0.80 mm / sec and 1000 ° C.

도 7은 역공학에 의해 구한 Nb-V스틸 시편의 유동응력 함수의 미정계수의 값을 나타낸 표,7 is a table showing the value of the undefined coefficient of the flow stress function of the Nb-V steel specimen obtained by reverse engineering,

도 8의 (a)는 900 oC에서 Nb-V스틸 시편에 있어서 변형률 속도에 따른 실험에 의한 응력-변형률 곡선과 역공학을 통하여 예측된 응력-변형률 곡선을 비교한 그래프, 8 (a) is a graph comparing the stress-strain curves predicted through reverse engineering with the stress-strain curves experimentally determined according to strain rates in Nb-V steel specimens at 900 ° C.

도 8의 (b)는 950 oC에서 Nb-V스틸 시편에 있어서 변형률 속도에 따른 실험에 의한 응력-변형률 곡선과 역공학을 통하여 예측된 응력-변형률 곡선을 비교한 그래프, 8 (b) is a graph comparing the stress-strain curves predicted through reverse engineering with the stress-strain curves experimentally determined according to the strain rate in the Nb-V steel specimen at 950 ° C.

도 9의 (a)는 1000 oC에서 저탄소강 시편에 있어서 변형률 속도에 따른 실험에 의한 응력-변형률 곡선과 역공학을 통하여 예측된 응력-변형률 곡선을 비교한 그래프, Figure 9 (a) is a graph comparing the stress-strain curve predicted through the reverse engineering and the stress-strain curve according to the strain rate in the low carbon steel specimen at 1000 o C,

도 9의 (b)는 1000 oC에서 고탄소강 시편에 있어서 변형률 속도에 따른 실험에 의한 응력-변형률 곡선과 역공학을 통하여 예측된 응력-변형률 곡선을 비교한 그래프, Figure 9 (b) is a graph comparing the stress-strain curve predicted through the reverse engineering and the stress-strain curve by the experiment according to the strain rate in the high carbon steel specimen at 1000 o C,

도 10은 역공학에 의해 구한 각각의 시편에 따른 전단마찰인자의 값을 나타내는 표,10 is a table showing the values of the shear friction factor according to each specimen obtained by reverse engineering,

도 11은 900 oC, 압축속도V가 0.40mm/sec에서 Nb-V스틸 시편에 있어서 실험에 따른 배럴링 형상과 역공학을 통하여 예측된 마찰인자를 바탕으로 FEM시뮬레이션을 통한 배럴링 형상을 비교한 그래프, 11 is a comparison of the barreling shape through FEM simulation based on the experimental barreling shape and the friction factor predicted through reverse engineering for Nb-V steel specimens at 900 o C and the compression speed V of 0.40mm / sec. One Graph,

도 12는 950 oC, 압축속도V가 0.40mm/sec에서 Nb-V스틸 시편에 있어서 실험에 따른 배럴링 형상과 역공학을 통하여 예측된 마찰인자를 바탕으로 FEM시뮬레이션을 통한 배럴링 형상을 비교한 그래프, 12 is a comparison of the barreling shape through FEM simulation based on the experimental barreling shape and the friction factor predicted through reverse engineering for Nb-V steel specimens at 950 ° C and compression rate V of 0.40mm / sec. One Graph,

도 13은 1000 oC, 압축속도V가 0.80mm/sec에서 저탄소강 시편에 있어서 실험에 따른 배럴링 형상과 역공학을 통하여 예측된 마찰인자를 바탕으로 FEM시뮬레이션을 통한 배럴링 형상을 비교한 그래프, FIG. 13 is a graph comparing the barreling shape through FEM simulation based on the barreling shape according to the experiment and the friction factor predicted through reverse engineering for the low carbon steel specimen at 1000 o C and the compression rate V at 0.80 mm / sec. ,

도 14는 1000 oC, 압축속도V가 0.80mm/sec에서 고탄소강 시편에 있어서 실험에 따른 배럴링 형상과 역공학을 통하여 예측된 마찰인자를 바탕으로 FEM시뮬레이션을 통한 배럴링 형상을 비교한 그래프, FIG. 14 is a graph comparing the barreling shape through FEM simulation based on the barreling shape according to the experiment and the friction factor predicted through reverse engineering for the high carbon steel specimen at 1000 ° C. and the compression rate V at 0.80mm / sec. ,

도 15의 (a)는 역공학에 의해 예측된 저탄소강에서의 유동응력 함수에 의해 각각의 온도 및 변형률 속도에서의 응력-변형률 곡선과 Taheri가 예측한 응력-변형률 곡선과 실험으로 측정된 응력-변형률 곡선을 비교한 그래프,FIG. 15 (a) shows the stress-strain curve at each temperature and strain rate and the stress-strain curve predicted by Taheri and the stress measured in the experiment by the flow stress function in the low carbon steel predicted by reverse engineering. A graph comparing the strain curves,

도 15의 (b)는 역공학에 의해 예측된 고탄소강에서의 유동응력 함수에 의해 각각의 온도 및 변형률 속도에서의 응력-변형률 곡선과 Taheri가 예측한 응력-변형률 곡선과 실험으로 측정된 응력-변형률 곡선을 비교한 그래프 FIG. 15 (b) shows the stress-strain curve at each temperature and strain rate and the stress-strain curve predicted by Taheri and the stress measured in the experiment by the flow stress function in the high carbon steel predicted by reverse engineering. Graph comparing strain curves

도 16의 (a)는 저탄소강의 1000 oC, 변형률 속도 0.5/sec에서의 동적 재결정의 실험에 의한 측정값과 Taheri의 값과 역공학에 의해 예측된 값을 나타낸 그래프,(A) is a graph showing the measured value and the Taheri value and the value predicted by reverse engineering by experiment of dynamic recrystallization at 1000 ° C., strain rate 0.5 / sec of low carbon steel,

도 16의 (b)는 고탄소강의 1000 oC, 변형률 속도 0.5/sec에서의 동적 재결정의 실험에 의한 측정값과 Taheri의 값과 역공학에 의해 예측된 값을 나타낸 그래프이다. FIG. 16 (b) is a graph showing the measured values, the Taheri values, and the values predicted by reverse engineering by experiments of dynamic recrystallization at 1000 ° C. and strain rate 0.5 / sec of high carbon steel.

본 발명은 열간 성형조건에서의 소재의 변형거동의 예측방법에 관한 것으로 서, 특히 역공학을 이용하여 열간 성형 조건에서의 소재의 변형거동과, 공구와 소재간의 표면마찰을 예측하는 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a method for predicting the deformation behavior of a material under hot forming conditions, and more particularly to a method for predicting the deformation behavior of a material under hot forming conditions and surface friction between a tool and the material by using reverse engineering. .

종래의 기술에 의하면, 응력-변형률 사이의 관계를 나타내는 모델이 실제 실험 데이터에 근접시키기 위하여 제안되었고, 특히 미시적인 측면을 중시하여 고온에서의 유동 특성들을 표현하기 위한 다양한 방법들이 제안되었다. In the prior art, a model representing the relationship between stress and strain has been proposed to approximate the actual experimental data, and various methods have been proposed for expressing flow characteristics at high temperatures, with particular emphasis on microscopic aspects.

R. Colas, High temperature deformation of low carbon steels, Mater . Forum1990; 14: 253에서는 유동응력을 표현하는 방식에 있어서, 임계변형 이전에서는 동적회복에 의하여, 그 이후에는 동적 재결정으로, 두 경우를 구분하여 유동응력을 표현하였다.R. Colas, High temperature deformation of low carbon steels, Mater . Forum 1990; 14: In 253, the flow stress is expressed by dynamic recovery before the critical deformation, dynamic recrystallization afterwards, and the flow stress is divided into two cases.

또한, 최근 S. Serajzadeh and A.K. Taheri, Prediction of flow stress at hot working condition, Mech, Research Com. 30 (2003) pp.87-93.에서는 온도 변화에 의한 영향을 고려한 Avrami-type 식과 함께 Bergstrom 전위 이론을 적용하여 오스테나이트 범위에서 강의 유동응력을 모델화하였고, 여기에 변형률 속도의 영향을 첨가하였다. 즉, Austenite 범위에서 스틸의 유동응력을 온도와 변형률 속도, 변형률로 표현하기 위하여, 미시적인 관점으로 수많은 실험으로부터 얻어지는 초기 오스테나이트 결정의 크기를 측정하여 동적 회복과 동적 재결정을 나타내기 위한 유동응력을 표현하였다. 이렇게 제시된 모델은 열간에서의 변형동안 소재의 유동특성과 미세구조적인 특징을 잘 표현한다.Also, recently, S. Serajzadeh and AK Taheri, Prediction of flow stress at hot working condition, Mech, Research Com . 30 (2003) pp.87-93. Modeled the flow stress of steel in the austenite range by applying the Bergstrom dislocation theory with the Avrami-type equation considering the effect of temperature changes, and added the effect of strain rate. In other words, in order to express the flow stress of steel in the Austenite range as temperature, strain rate, and strain, the flow stress to represent dynamic recovery and dynamic recrystallization by measuring the size of initial austenite crystals obtained from numerous experiments from a microscopic perspective Expressed. The model presented is a good representation of the flow and microstructural properties of the material during hot deformation.

그러나 종래 기술에 따르면, 유동응력을 표현하는 방식에 있어서, 임계변형 이전에서는 동적회복에 의하여, 그 이후에는 동적 재결정으로 생각하여 , 두 경우 를 구분하여 표현되어야 하고, 또한, Taheri가 제안한 모델에서도, 유동응력의 모델들이 수많은 실험을 통하여 미시적으로 결정되어지므로, 실제적인 금속 성형 공정에 적용을 위한 미지의 소재의 유동응력을 예측하기 위하여, 많은 비용과 에너지가 소요되는 문제점이 있어 많은 어려움이 있다.However, according to the prior art, in the method of expressing the flow stress, the two cases should be expressed separately by the dynamic recovery before the critical deformation and afterwards by the dynamic recrystallization, and also in the model proposed by Taheri, Since the models of the flow stress are determined microscopically through numerous experiments, there are many problems in that it takes a lot of cost and energy to predict the flow stress of the unknown material for application to the actual metal forming process.

본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 역공학을 이용하여 소재의 열간 성형 조건에서의 압축실험으로 통하여, 소재의 유동응력 및 소재와 공구 사이의 마찰 조건까지 동시에 예측 가능하도록, 유동응력을 하나의 식으로 나타냄으로써, 거시적 관점에서의 소재의 모든 변형 범위를 표현할 수 있는 열간 성형조건에서의 소재의 변형거동의 예측방법을 제공하는데 그 목적이 있다. The present invention has been made to solve the above problems of the prior art, and through the compression experiment in the hot forming conditions of the material using reverse engineering, it is possible to predict the flow stress of the material and the friction conditions between the material and the tool at the same time It is an object of the present invention to provide a method of predicting the deformation behavior of a material under hot forming conditions that can express all the deformation ranges of the material from a macroscopic point of view.

상기한 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 성형 조건에서의 소재의 변형거동의 예측방법은 통상의 정보처리장치에서 실행되는 것으로서, 서로 다른 압축 속도에 따른 압축 실험을 통하여 실험 데이터를 입력받는 제 1단계(S10); 제 1단계에서의 실험 조건 및 유동응력 함수의 미정계수의 가정에 따른 FEM시뮬레이션을 통해 설정된 하중과, 제 1단계에서의 실험데이터의 하중에 의해 결정되는 목적함수 값을 결정하는 제 2단계(S20); 제 2단계의 목적함수 값이 수렴조건을 충족할 때까지 제 2단계를 반복하여 유동응력함수의 미정계수를 결정하는 제 3단계(S30);로 구성되는 것을 특징으로 한다.In order to solve the above problems, a method of predicting deformation behavior of a material under molding conditions according to the present invention is performed in a conventional information processing apparatus, and includes a first input of experimental data through compression experiments according to different compression speeds. Step S10; The second step (S20) determines the objective function value determined by the load set through the FEM simulation according to the experimental conditions in the first step and the assumption of the unknown coefficient of the flow stress function and the load of the experimental data in the first step (S20). ); And a third step (S30) of determining the unknown coefficient of the flow stress function by repeating the second step until the objective function value of the second step satisfies the convergence condition.

또한, 상기 제 2단계에서의 유동응력 함수는In addition, the flow stress function in the second step is

Figure 112007018867113-pat00001
,로 이루어지며,
Figure 112007018867113-pat00001
Consisting of,

여기서

Figure 112007018867113-pat00002
인 것을 특징으로 한다.here
Figure 112007018867113-pat00002
It is characterized by that.

또한, 상기 제 2단계에서의 목적함수는In addition, the objective function in the second step is

Figure 112007018867113-pat00003
인 것을 특징으로 한다.
Figure 112007018867113-pat00003
It is characterized by that.

또한, 상기 2단계에서의 수렴 조건은 In addition, the convergence condition in the second step is

Figure 112007018867113-pat00004
Figure 112007018867113-pat00005
인 것을 특징으로 한다.
Figure 112007018867113-pat00004
And
Figure 112007018867113-pat00005
It is characterized by that.

또한, 제 1단계에서의 실험 조건 및 유동응력 함수와 가정된 마찰인자에 따른 FEM시뮬레이션에 의해 결정된 배럴링 형상과, 제 1단계의 실험에 의해 추출되는 배럴링 형상의 면적의 차를 결정하는 제 4단계(S40); 제 4단계에서 결정된 배럴링 형상의 면적의 차가 수렴조건을 충족할 때까지 제 4단계를 반복하여 마찰인자를 결정하는 제 5단계(S50);를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다. 상기에서의 실험에 의한 하중은 문헌에서 연구에 사용된 시편의 실험에 의한 유동응력을 바탕으로 시뮬레이션한 결과이다.Further, the first step of determining the difference between the barreling shape determined by the FEM simulation according to the experimental conditions and the flow stress function and the assumed friction factor in the first step and the barreling shape extracted by the first step experiment. Step 4 (S40); And a fifth step S50 of determining the friction factor by repeating the fourth step until the difference in the area of the barrel shape determined in the fourth step satisfies the convergence condition. The test load in the above is a simulation result based on the flow stress of the test specimen used in the literature.

이하, 본 발명은 실험으로부터 결정된 값과 유한 요소해석 결과와의 차이를 최소화하여 원하는 계수를 결정하는 방법, 즉 역공학 기법을 이용하여 열간 성형 조건에서의 소재의 변형거동의 예측하는 방법으로서, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 대한 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명한다. Hereinafter, the present invention is a method of determining a desired coefficient by minimizing the difference between a value determined from an experiment and a finite element analysis result, that is, a method of predicting deformation behavior of a material under hot forming conditions using reverse engineering techniques. With reference to the accompanying drawings will be described in detail a preferred embodiment of the present invention.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 성형 조건에서의 소재의 변형 거동의 예측 방법을 나타낸 순서도이다. 1 is a flowchart showing a method for predicting deformation behavior of a material under molding conditions according to a preferred embodiment of the present invention.

본 발명에 따른 성형 조건에서의 소재의 변형거동의 예측방법은, 도 1에 도시된 바와 같이, 먼저 각각의 링 시편을 서로 다른 압축 속도에 따른 압축실험을 통하여 데이터를 수집한다(S10).In the method for predicting deformation behavior of a material under molding conditions according to the present invention, as shown in FIG. 1, first, each ring specimen collects data through compression experiments according to different compression speeds (S10).

바람직한 실험을 위하여 시편의 소재로써 low niobium-low vanadium강, 저탄소강과 고탄소강을 사용하였다. Low niobium-low vanadium steel, low carbon steel and high carbon steel were used as the material for the specimens.

도 2는 Nb-V스틸과 저탄소강 및 고탄소강의 화학 조성을 나타낸 표를 나타내는데, 도 2에서는 압축실험에 사용된 각각의 시편들의 화학적 조성이 나타나있고, 이러한 화학 조성의 외경25mm x 내경22.5mm x 높이 15mm인 제원을 갖는 링 시편을 사용하였다.Figure 2 shows a table showing the chemical composition of Nb-V steel and low carbon steel and high carbon steel, Figure 2 shows the chemical composition of each specimen used in the compression test, the outer diameter of this chemical composition 25mm x inner diameter 22.5mm x Ring specimens having a specification of 15 mm in height were used.

그리고, 이번 테스트에서 열간 등온 테스트 조건과 무윤활 조건이 적용되었다. 본 실험에서는 Nb-V스틸은 900 oC 와 950 oC 에서 등온에서, 저탄소강과 고탄소강은 1000 oC의 등온에서 세 가지 다른 압축 속도를 갖도록 실험되었다. In this test, hot isothermal test conditions and no lubrication conditions were applied. In this experiment, Nb-V steels were tested to have three different compression rates at isothermal at 900 o C and 950 o C, and low carbon and high carbon steel at isothermal at 1000 o C.

도 3의 (a)는 900 oC에서 각각의 압축속도에 따른 Nb-V스틸 시편의 실험에 의 한 하중을 나타내는 그래프, 도 3의 (b)는 950 oC에서 각각의 압축속도에 따른 Nb-V스틸 시편의 실험에 의한 하중을 나타내는 그래프, 도 4의 (a)는 각각의 압축속도에 따른 저탄소강 시편의 실험에 의한 하중을 나타내는 그래프, 도 4의 (b)는 각각의 압축속도에 따른 고탄소강 시편의 실험에 의한 하중을 나타내는 그래프이다.Figure 3 (a) is a graph showing the load according to the test of the Nb-V steel specimens at each compression rate at 900 ° C, Figure 3 (b) is Nb according to each compression rate at 950 ° C -Graph showing the test load of the V-steel specimens, Figure 4 (a) is a graph showing the test load of the low carbon steel specimens according to each compression rate, Figure 4 (b) is a compression rate for each This is a graph showing the load by the experiment of high carbon steel specimens.

도 3의 (a) 및 도 3의 (b) 에서와 같이, Nb-V스틸은 900 oC 와 950 oC 의 등온에서, 상부 금형의 하강속도 0.09, 0.40, 2.50mm/sec에서의 실험하였고, 상부 금형의 압축속도가 빠를수록 온도가 낮을수록 하중이 증가됨을 알 수 있다.As shown in Figures 3 (a) and 3 (b), Nb-V steels were tested at lower rates of 0.09, 0.40, 2.50 mm / sec of the upper mold at isothermal temperatures of 900 o C and 950 o C. , The faster the compression rate of the upper mold, the lower the temperature.

그리고 저탄소강 및 고탄소강의 1000oC에서의 상부 금형의 하강속도 0.15, 0.80, 2.00mm/sec에 따른 실험 결과는 도 4의 (a) 및 도 4의 (b)에 도시된 바와 같다.And the experimental results according to the descending speed of 0.15, 0.80, 2.00mm / sec of the upper mold at 1000 o C of low carbon steel and high carbon steel is as shown in Figure 4 (a) and 4 (b).

그러나, 실험 데이터로서의 배럴링 형상은 적절한 마찰 인자를 가정하여, 문헌에 있는 실험으로 구한 유동응력 값을 적용한 FEM 시뮬레이션으로부터 얻은 결과를 사용한다.However, the barreling geometry as experimental data uses results obtained from FEM simulations that apply flow stress values obtained by experiments in the literature, assuming appropriate friction factors.

이러한 실험 데이터를 수집한 이후에는, 도 1의 순서도에서와 같이, 상기 압축속도 및 온도 등의 조건을 입력하고, 유동응력함수에서 초기 미정계수를 가정하여 FEM 시뮬레이션을 실시한다.(S20a)After collecting the experimental data, as shown in the flow chart of FIG. 1, the conditions such as the compression speed and temperature are input, and the FEM simulation is performed assuming an initial unknown coefficient in the flow stress function (S20a).

여기서 사용되는 유동응력함수(σ f )는 유동응력의 온도와 변형률 속도의 의존성이 결합되어진 Zener-Hollomon 변수와 함께 Arrhenius-type 식을 결합하여 수학 식 1 과 같이 정의한다.The flow stress function (σ f ) used here is defined as Equation 1 by combining the Arrhenius-type equation with the Zener-Hollomon variable combined with the dependence of the flow stress temperature and strain rate.

Figure 112007018867113-pat00006
Figure 112007018867113-pat00006

여기서, 각 변수는 다음과 같다. Here, each variable is as follows.

Figure 112007018867113-pat00007
Figure 112007018867113-pat00007

여기서

Figure 112007018867113-pat00008
는 유효 변형률,
Figure 112007018867113-pat00009
는 유효변형률 속도, Z'는 보완된 Zener-Hollomon 변수, T 는 절대온도, R은 기체상수, n, m, k, p, a 0 - a 7 는 미정계수들이다. 상기 미정계수는 k, p는 유동응력이 변형률 속도에 더욱 민감하게 반응하도록 하기 위해 설정된 미정계수이고, 상기 n, m은 각각 변형률, 변형률 속도에 더욱 민감하도록 하기 위해서 설정된 미정계수이다. here
Figure 112007018867113-pat00008
Is the effective strain,
Figure 112007018867113-pat00009
Is the effective strain rate, Z 'is the complementary Zener-Hollomon variable, T is the absolute temperature, R is the gas constant, and n , m, k, p, a 0 - a 7 are the unknowns. K and p are unknown coefficients set to make the flow stress more sensitive to strain rate, and n and m are unknown coefficients set to be more sensitive to strain and strain rate, respectively.

따라서, 위와 같은 미정계수가 포함된 유동응력 함수를 표현한 수학식 1은 열간에서 동적 재결정이나 동적 회복 현상에 의해 연화현상과 변형률 속도, 그리고 성형 온도에 민감하게 반응하게 된다.Therefore, Equation 1 expressing the flow stress function including the above unknown coefficient is sensitive to softening phenomenon, strain rate, and molding temperature by dynamic recrystallization or dynamic recovery phenomenon in hot.

이어서, 상기 실험(S10)에 의한 하중과 FEM시뮬레이션(S20a)을 통하여 구해진 하중을 이용하여 목적함수 값을 결정한다.(S20b)Subsequently, the objective function value is determined using the load obtained by the experiment (S10) and the load obtained through the FEM simulation (S20a). (S20b)

여기서 목적함수는 수학식 2와 같이 설정된다.Here, the objective function is set as in Equation 2.

Figure 112007018867113-pat00010
Figure 112007018867113-pat00010

수학식 2의 x 1 ,x 2 ,… x k 는 유동학적 변수이고, n은 측정된 데이터 점의 총 개수이며, 아래첨자 i는 측정값의 수를 의미한다. 그리고

Figure 112007018867113-pat00011
Figure 112007018867113-pat00012
는 주어진 i에서의 실험에 의한 측정값 및 예측된 하중을 각각 나타낸다. X 1 , x 2 ,... x k is a rheological variable, n is the total number of measured data points, and the subscript i is the number of measured values. And
Figure 112007018867113-pat00011
Wow
Figure 112007018867113-pat00012
Represents the experimentally measured values and the predicted loads at given i, respectively.

따라서 수학식 3의 x1,x2,…xk는 수학식 1의 미정계수인 n, m, k, p, a 0 - a 7 Therefore, x 1 , x 2 ,... x k is n , m, k, p, a 0 -a 7

에 해당된다.Corresponds to

상기 실험(S10)에서는 Nb-V스틸은 900 oC 와 950 oC 의 등온에서, 각각 서로 다른 3가지 압축 속도로 실험되었으므로, 수학식 2는 수학식 3으로 표현될 수 있다.In the experiment (S10), Nb-V steel was experimented at three different compression rates, respectively, at an isothermal temperature of 900 ° C. and 950 ° C. Therefore, Equation 2 may be expressed by Equation 3.

Figure 112007018867113-pat00013
Figure 112007018867113-pat00013

또한 저탄소강과 고탄소강은 1000 oC의 등온에서 세 가지 다른 압축 속도를 갖도록 실험하였으므로, 수학식 2는 수학식 4로 표현될 수 있다.In addition, since the low carbon steel and the high carbon steel were experimented to have three different compression rates at an isothermal temperature of 1000 ° C., Equation 2 may be expressed by Equation 4.

Figure 112007018867113-pat00014
Figure 112007018867113-pat00014

다음으로, 실험에 의한 하중과 FEM시뮬레이션에 의한 하중을, 수학식 3 및 수학식 4에 입력하여 목적함수 값이 결정되면, 상기 목적함수 값이 일정 수렴 조건을 충족할 때까지 반복 시행한다(S30a).Next, if the objective function value is determined by inputting the experimental load and the FEM simulation load into the equations (3) and (4), the target function value is repeated until the target convergence condition is satisfied (S30a). ).

여기서, 상기 수학식 3 및 수학식 4의 목적함수를 최소화하는 방법으로서는 직접적으로 헤시안 행렬(Hessian matrix)을 갱신하기 위해 BFGS(Broyden-Fletcher-Goldfarb-Shanno)와 황금분할탐색법(Golden-section search)을 포함한 경사도법(gradient methods)이 고려된다. 그리고 본 발명의 수렴조건은 수학식 5 및 수학식 6으로 설정된다.Here, as a method of minimizing the objective functions of Equations 3 and 4, the BFGS (Broyden-Fletcher-Goldfarb-Shanno) and the golden splitting search (Golden-section) are used to directly update the Hessian matrix. Gradient methods, including search, are considered. And the convergence condition of the present invention is set by the equation (5) and (6).

Figure 112007018867113-pat00015
Figure 112007018867113-pat00015

Figure 112007018867113-pat00016
Figure 112007018867113-pat00016

여기서 s는 반복회수, 그리고 ε 1ε 2은 둘 다 0.0001 이라는 특정한 공차를 나타낸다. 물론 수학식 5에서 수렴 조건이 작을수록 정확한 결과를 얻을 수 있으나, 시뮬레이션 계산시간을 고려하여 0.0001로 결정되었다.Where s is the number of repetitions and ε 1 and ε 2 are both specific tolerances of 0.0001. Of course, the smaller the convergence condition in Equation 5, the more accurate the result can be obtained, but it was determined to be 0.0001 in consideration of the simulation calculation time.

그리고 수학식 6은, 상기 수렴조건을 만족시키지 못하여 미정계수를 다시 설정되어 계산을 반복할 때마다의 변화량이 어느 정도 작게 되면 미정계수가 결정될 수 있도록 하는 수렴조건이다.Equation (6) is a convergence condition that does not satisfy the convergence condition so that the undetermined coefficient is set again and the undetermined coefficient can be determined when the amount of change every time the calculation is repeated becomes small.

이와 같이, 실험에 의한 하중과 FEM시뮬레이션에 의한 하중에 의해 설정된 목적 함수 값이 수학식 5 및 수학식 6을 만족시키게 되면, 상기 12개의 미정계수가 결정되어 유동응력 함수가 정해진다(S30b).As described above, when the objective function value set by the test load and the FEM simulation load satisfies Equations 5 and 6, the 12 undefined coefficients are determined to determine the flow stress function (S30b).

도 5의 (a)는 압축속도가 0.40mm/sec, 900 oC에서의 Nb-V스틸 시편에 있어서 실험에 의한 하중과 역공학에 의해 결정된 유동응력을 바탕으로 한 FEM시뮬레이션을 통한 하중을 비교한 그래프, 도 5의 (b)는 압축속도가 0.40mm/sec, 950 oC에서의 Nb-V스틸 시편에 있어서 실험에 의한 하중과 역공학에 의해 결정된 유동응력을 바탕으로 한 FEM시뮬레이션을 통한 하중을 비교한 그래프, 도 6의 (a)는 압축속도가 0.80mm/sec, 1000 oC에서의 저탄소강 시편에 있어서 실험에 의한 하중과 역공학에 의해 결정된 유동응력을 바탕으로 한 FEM시뮬레이션을 통한 하중을 비교한 그래프, 도 6의 (b)는 압축속도가 0.80mm/sec, 1000 oC에서의 고탄소강 시편에 있어서 실험에 의한 하중과 역공학에 의해 결정 된 유동응력을 바탕으로 한 FEM시뮬레이션을 통한 하중을 비교한 그래프, 도 7은 역공학에 의해 구한 Nb-V스틸 시편의 유동응력 함수의 미정계수의 값을 나타낸 표이다.FIG. 5 (a) compares the loads through FEM simulation based on experimental loads and flow stresses determined by reverse engineering for Nb-V steel specimens at a compression rate of 0.40 mm / sec and 900 ° C. One graph, FIG. 5 (b) shows the FEM simulation based on the experimental stress and the flow stress determined by reverse engineering for Nb-V steel specimens with compression speed of 0.40mm / sec and 950 ° C. Figure 6 (a) shows a FEM simulation based on experimental stresses and flow stresses determined by reverse engineering for low carbon steel specimens at a compression rate of 0.80 mm / sec and 1000 o C. Fig. 6 (b) shows the FEM based on the experimental stress and the flow stress determined by reverse engineering for high carbon steel specimens with a compression rate of 0.80 mm / sec and 1000 o C. Graph comparing the load through the simulation, Figure 7 is due to reverse engineering This table shows the value of the unknown coefficient of the flow stress function of the solved Nb-V steel specimen.

도 5의 (a) 및 도 5의 (b)의 그래프에서 나타난 바와 같이, Nb-V스틸의 상부 금형의 압축 속도 V=0.40mm/sec에서의 각각 900 oC 과 950 oC에서 측정된 하중 데이터(사각형의 점)와 역공학을 통해 예측된 유동응력을 바탕으로 한 시뮬레이션을 통한 하중을 나타낸다. 즉, 파선으로 표시된 첫 번째 시뮬레이션 값에서부터, 점선으로 표현된 첫 번째 시뮬레이션을 거쳐, 최종적으로 17번을 반복한 후에는 실선으로 표현된 최적화된 값을 얻게 되며, 이는 측정된 값과 거의 일치하는 하중값을 나타낼 수 있었다.As shown in the graphs of FIGS. 5A and 5B, 900 at the compression rate V = 0.40 mm / sec of the upper mold of Nb-V steel, respectively. o C and 950 o Loads are simulated based on load data (square points) measured at C and flow stresses predicted by reverse engineering. That is, from the first simulation value indicated by the dashed line, the first simulation represented by the dashed line, and finally after 17 iterations, the optimized value represented by the solid line is obtained, which is almost identical to the measured value. Could represent a value.

마찬가지로, 도 6의 (a) 및 도 6의 (b)는, 저탄소강 및 고탄소강 시편의 1000 oC의 V=0.80mm/sec에서의 측정된 하중 데이터와 예측된 하중을 나타낸다. Likewise, FIGS. 6 (a) and 6 (b) show the measured load data and the predicted load at V = 0.80 mm / sec at 1000 ° C. of the low and high carbon steel specimens.

일반적으로 다른 강종에서도 수렴조건을 만족시키기 위한 최적화 기법을 15번 이내로 반복하게 되면 도 5 및 도 6에서와 같이 실제 실험 하중데이터와 거의 일치시킬 수 있다.In general, if the optimization technique is repeated within 15 times to satisfy convergence conditions in other steel grades, it may be almost identical to the actual experimental load data as shown in FIGS. 5 and 6.

이를 토대로 Nb-V스틸 시편의 유동응력 함수, 즉 식(1)의 미정계수를 산정하면, 도 7에 도시된 표와 같이 계산되고 Nb-V스틸의 유동응력함수가 결정된다.Based on this, the flow stress function of the Nb-V steel specimen, that is, the unknown coefficient of Equation (1), is calculated as shown in FIG. 7 and the flow stress function of the Nb-V steel is determined.

도 8의 (a)는 900 oC에서 Nb-V스틸 시편에 있어서 변형률 속도에 따른 실험에 의한 응력-변형률 곡선과 역공학에 의해 예측된 응력-변형률 곡선을 비교한 그래프, 도 8의 (b)는 950 oC에서 Nb-V스틸 시편에 있어서 변형률 속도에 따른 실험에 의한 응력-변형률 곡선과 역공학에 의해 예측된 응력-변형률 곡선을 비교한 그래프, 도 9의 (a)는 1000 oC에서 저탄소강 시편에 있어서 변형률 속도에 따른 실험에 의한 응력-변형률 곡선과 예측된 응력-변형률 곡선을 비교한 그래프, 도 9의 (b)는 1000 oC에서 고탄소강 시편에 있어서 변형률 속도에 따른 실험에 의한 응력-변형률 곡선과 예측된 응력-변형률 곡선을 비교한 그래프이다.8 (a) is a graph comparing the stress-strain curve predicted by reverse engineering with the stress-strain curve experimentally determined according to the strain rate in the Nb-V steel specimen at 900 ° C., FIG. 8 (b) ) Is a graph comparing the stress-strain curve experimentally predicted by the reverse engineering with the strain-strain curve predicted by reverse engineering for the Nb-V steel specimen at 950 ° C. FIG. 9 (a) is 1000 ° C. Is a graph comparing the stress-strain curves and the predicted stress-strain curves according to the strain rate for the low carbon steel specimens in Fig. 9 (b) is an experiment according to the strain rate for the high carbon steel specimen at 1000 o C It is a graph comparing the stress-strain curve and the predicted stress-strain curve by.

상기와 같이 제 2단계에서 결정된 마찰계수가 대입된 Nb-V스틸의 유동응력 함수에 변형률 속도 0.005, 0.05, 0.5, 5를 각각 입력하여 유동응력 곡선을 표현하면, 도 8의 (a), 도8의 (b)에 도시된 바와 같이, 두 등온에서 모두 측정된 데이터 값과 예측된 곡선이 거의 일치함을 보여준다. When the flow stress curves are expressed by inputting strain rates 0.005, 0.05, 0.5, and 5 into the flow stress function of the Nb-V steel having the friction coefficient determined in the second step as described above, FIGS. As shown in FIG.

마찬가지로, 도 9의 (a), 도 9의 (b)에서도, 응력 함수에 변형률 속도 0.01, 0.5, 1.0, 1.5를 입력한 저탄소강, 고탄소강의 역공학에 의해 가정된 유동응력함수는 측정된 데이터 값과 거의 일치함을 알 수 있다. Similarly, in FIGS. 9A and 9B, the flow stress functions assumed by reverse engineering of low carbon and high carbon steels in which strain rates of 0.01, 0.5, 1.0, and 1.5 are input to the stress function are measured. You can see that it almost matches the data value.

나아가, 본 발명은 실험 조건 및 결정된 유동응력 함수 및 가정된 마찰 인자를 통하여 FEM시뮬레이션을 실시하는 단계(S40a)를 더 포함한다.Furthermore, the present invention further comprises the step (S40a) of performing the FEM simulation through the experimental conditions and the determined flow stress function and the assumed friction factor.

여기서, 금속가공에서 재료와 공구 사이에 큰 소성변형이 일어나는 경우에는 공정 동안 마찰은 일정하다고 하는 전단마찰모델이 쿨롱 마찰모델보다 더 적절하므로, 이 단계에서의 마찰인자를 위한 모델은 전단 마찰모델이 사용되므로, 수학식 7로 결정된다.Here, in the case of metal processing, when the large plastic deformation occurs between the material and the tool, the shear friction model that the friction is constant during the process is more appropriate than the Coulomb friction model. Since it is used, it is determined by equation (7).

Figure 112007018867113-pat00017
Figure 112007018867113-pat00017

여기서 τ i 는 접촉면의 전단강도이고, k는 두 접촉물체 중 연한 재료의 전단항복응력이다. 전단변형에너지 항복조건에 다다르면 k

Figure 112007018867113-pat00018
과 같다. 여기서 σ f 는 재료의 유동응력이다.Where τ i is the shear strength of the contact surface and k is the shear yield stress of the soft material of the two contacts. When the shear strain energy yielding condition is reached, k is
Figure 112007018867113-pat00018
Is the same as Where σ f is the flow stress of the material.

도 10은 역공학에 의해 예측된 각각의 시편에 따른 전단마찰인자의 값을 나타내는 표이다.10 is a table showing the values of the shear friction factor for each specimen predicted by reverse engineering.

제 1단계에서의 실험에 의하여 측정된 시편의 배럴릴 형상은 디지털 이미지 프로세싱(digital image processing)을 사용하여 추출되고 이산화된다(Sobel edge detect algorithm). 모서리 탐지(edge detect algorithm) 알고리즘의 적용에 의해 구한 바깥쪽 배럴링 형상의 좌표는 점 데이터의 보간법을 통해 만들어진 복합 3rd B-spline 곡선에 의해 그려진다. The barrel reel shape of the specimen measured by the experiment in the first step is extracted and discretized using digital image processing (Sobel edge detect algorithm). The coordinates of the outer barrel shape obtained by the application of the edge detect algorithm are drawn by a composite 3 rd B-spline curve created by interpolation of point data.

그리고, 상기 실험을 통한 바깥쪽 배럴링 형상과 FEM시뮬레이션을 통하여 계 산된 바깥쪽 배럴링 형상의 B-spline 곡선에 의해 둘러싸인 면적의 차를 구한다(S40b).Then, the difference between the area surrounded by the outer barrel ring shape through the experiment and the B-spline curve of the outer barrel ring shape calculated through FEM simulation is obtained (S40b).

나아가 상기 두 곡선의 면적의 차이를 최소화시킴으로써(S50a), 상기 전단마찰인자 mf를 결정하게 되고(S50b), 이번 실험을 통한 전단 마찰인자는 도 10에 도시된 표와 같다.Furthermore, by minimizing the difference between the areas of the two curves (S50a), the shear friction factor m f is determined (S50b), and the shear friction factor through this experiment is shown in the table shown in FIG.

그리고, 도 10에 도시된 바와 같이, 전단마찰인자는 압축 속도에 따라서 조금씩 다르게 결정되어진다는 것을 알 수 있다. 이는 역공학이 실험으로부터 데이터를 기초로 제안되는 것에 비추어볼 때, 본 발명에 따른 역공학의 중요성을 설명한다. And, as shown in Figure 10, it can be seen that the shear friction factor is determined slightly differently depending on the compression rate. This illustrates the importance of reverse engineering according to the present invention in the light of the fact that reverse engineering is proposed on the basis of data from experiments.

도 11은 900 oC, 압축속도V가 0.40mm/sec에서 Nb-V스틸 시편에 있어서 실험에 따른 배럴링 형상과 역공학에 의해 예측된 배럴링 형상을 비교한 그래프, 도 12은 950 oC, 압축속도V가 0.40mm/sec에서 Nb-V스틸 시편에 있어서 실험에 따른 배럴링 형상과 예측된 배럴링 형상을 비교한 그래프, 도 13은 1000 oC, 압축속도V가 0.80mm/sec에서 저탄소강 시편에 있어서 실험에 따른 배럴링 형상과 예측된 배럴링 형상을 비교한 그래프, 도 14는 1000 oC, 압축속도V가 0.80mm/sec에서 고탄소강 시편에 있어서 실험에 따른 배럴링 형상과 예측된 배럴링 형상을 비교한 그래프이다.11 is 900 o C, the compression velocity V is 0.40mm / sec in the Nb-V steel in a sample compared to the barrel ring shape predicted by the barrel and ring-shaped reverse engineering according to the experimental graph, FIG. 12 950 o C , A graph comparing the predicted barrel ring shape with the predicted barrel ring shape for Nb-V steel specimens at a compression speed of 0.40 mm / sec. FIG. 13 is 1000 o C and a compression speed of V is 0.80 mm / sec. A graph comparing the barrel ring shape according to the experiment and the predicted barrel ring shape in the low carbon steel specimen, FIG. 14 shows the barrel ring shape according to the experiment in the high carbon steel specimen at 1000 ° C. and the compression speed V of 0.80 mm / sec. A graph comparing the predicted barreling shape.

도 11 내지 도 14에 도시된 바와 같이, 링 시편의 네 점 A, B, C, D에서의 측정된 배럴링 형상과 예측된 배럴링 형상이 거의 일치함을 알 수 있다.11 to 14, it can be seen that the measured barrel ring shape and the predicted barrel ring shape at four points A, B, C, and D of the ring specimen are in close agreement with each other.

이 결과들은 측정되어진 형상과 계산되어진 형상을 B-스플라인 곡선으로 피팅한 것에 의해 닫혀진 면적의 최소화를 통하여 예측 가능하다.These results are predictable through minimizing the closed area by fitting the measured and calculated shapes to the B-spline curve.

나아가, 다른 강종에서도 예측되어진 안쪽과 바깥쪽의 형상은 측정되어진 형상과 거의 가깝다. 이러한 결과는 링압축 시험은 고온의 변형 동안 높은 마찰이 존재한다는 것을 나타내는 것이고, 하중과 마찰에 의한 시편의 형상에 대해 가장 큰 민감하다는 것을 보여준다. In addition, the predicted inner and outer geometries of other steel grades are close to the measured geometries. These results indicate that the ring compression test indicates the presence of high friction during high temperature deformation and the greatest sensitivity to the shape of the specimen due to load and friction.

따라서, 본 발명은 거시적인 관점에서 압축실험을 통한 역공학 기법을 통하여, 하중과 마찰을 동시에 결정할 수 있으므로, 마찰 모델의 확립과 마찰모델과 유동학적 모델을 동시에 확립하는 데 매우 적합한 방식이라고 할 수 있다.Therefore, the present invention can determine the load and friction at the same time through the reverse engineering technique through the compression experiment from the macroscopic perspective, it is a very suitable method to establish the friction model, and simultaneously establish the friction model and the rheological model have.

도 15의 (a)는 역공학에 의해 예측된 저탄소강에서의 유동응력 함수에 의해 각각의 온도 및 변형률 속도에서의 응력-변형률 곡선과 Taheri가 예측한 응력-변형률 곡선과 실험에 의해 측정된 응력-변형률 곡선을 비교한 그래프, 도 15의 (b)는 역공학에 의해 예측된 고탄소강에서의 유동응력 함수에 의해 각각의 온도 및 변형률 속도에서의 응력-변형률 곡선과 Taheri가 예측한 응력-변형률 곡선과 실험에 의해 측정된 응력-변형률 곡선을 비교한 그래프이다. FIG. 15 (a) shows the stress-strain curves at the respective temperatures and strain rates and the stress-strain curves predicted by Taheri and the stress measured by the experiments by the flow stress function in the low carbon steel predicted by reverse engineering. Fig. 15 (b) shows the stress-strain curve at each temperature and strain rate and the stress-strain predicted by Taheri as a function of flow stress in high carbon steel predicted by reverse engineering. This is a graph comparing the stress-strain curve measured by the curve and the experiment.

본 발명의 타당성을 Taheri가 제시한 응력-변형률 곡선과 비교하여 확인하면, 각각의 온도 및 변형률 속도에 따라 나타낸 도 15의 (a) 및 도 15의 (b)에서와 같이, 본 발명에 따른 역공학에 의해 예측된 유동응력 함수가 종래에 제시된 Taheri 모델과 유사함을 알 수 있다.The validity of the present invention is confirmed by comparison with the stress-strain curves presented by Taheri, as shown in FIGS. 15A and 15B according to respective temperatures and strain rates. It can be seen that the flow stress function predicted by the engineering is similar to the Taheri model presented previously.

도 16의 (a)는 저탄소강의 1000 oC, 변형률 속도 0.5/sec에서의 동적 재결정 과정의 실험측정값과 Taheri의 값과 역공학에 의해 예측값을 나타낸 그래프, 도 16의 (b)는 고탄소강의 1000 oC, 변형률 속도 0.5/sec에서의 동적 재결정 과정의 실험에 의한 측정값과 Taheri의 값과 역공학에 의해 예측값을 나타낸 그래프이다. FIG. 16 (a) is a graph showing the experimental measured value and the Taheri value and the predicted value by reverse engineering of the dynamic recrystallization process at 1000 ° C. and the strain rate 0.5 / sec of the low carbon steel, and FIG. 16 (b) is the high carbon steel It is a graph showing the measured values of the dynamic recrystallization process and the Taheri values and the predicted values by reverse engineering at 1000 o C and strain rate 0.5 / sec.

또한, 동적 회복과 재결정에 의한 금속 유동을 표현함에 있어서도, 도 16의 (a) 및 도 16의 (b)에 도시된 바와 같이, Taheri가 제시한 모델 및 실제 측정값과도 유사하다는 것을 보여준다. In addition, the expression of the metal flow by dynamic recovery and recrystallization is also shown to be similar to the model and the actual measurement presented by Taheri, as shown in Figs. 16 (a) and 16 (b).

이는 거시적인 측면에서 압축 실험을 통하여 역공학으로 구한 유동응력 함수가 미시적인 측면도 효과적으로 표현하고 있다는 것을 나타낸다. This indicates that the flow stress function obtained by reverse engineering through compression experiments on the macro side effectively expresses the micro side.

상기와 같이 구성되는 본 발명의 열간 성형조건에서의 소재의 변형거동의 예측방법은 링 압축 실험과 이를 이용한 역공학에 의해 FEM시뮬레이션을 수행함으로써, 유동응력과 마찰을 동시에 결정하게 되어, 유리와 같이 자료가 전무한 소재들의 고온에서의 유동응력을 하중 실험 데이터만으로 결정할 수 있고, 링 시편 뿐만 아니라 여러 가지 형상의 시편이나 압축 테스트에도 적용가능하므로써 재료의 변형 거동을 쉽게 예측하여 부품 산업이나 소재 개발이 이용될 수 있는 이점이 있다. In the method of predicting the deformation behavior of the material under the hot forming conditions of the present invention configured as described above, by performing FEM simulation by ring compression experiment and reverse engineering using the same, the flow stress and friction are simultaneously determined, such as glass. The flow stress at high temperature of materials without any data can be determined only by the load test data, and it can be applied not only to ring specimens but also to various types of specimens or compression tests, so that the deformation behavior of materials can be easily predicted and used in the parts industry or material development. There is an advantage that can be.

또한 새로운 유동응력 함수가 성형 시의 유동모델 뿐만 아니라 동적 재결정 과정에도 좋은 결과로 적용될 수 있으므로, 미세 구조적 측면의 접근 없이 동적 회복과 재결정의 운동을 예측하는 것이 가능하게 되는 이점이 있다.In addition, since the new flow stress function can be applied to the dynamic recrystallization process as well as the flow model during molding, there is an advantage that it is possible to predict the dynamic recovery and the recrystallization motion without the microstructural approach.

또한, 유동응력 함수는 온도와 변형률 속도를 함께 고려하므로, 정확한 유동응력을 예측할 수 있는 이점이 있다.In addition, since the flow stress function considers the temperature and the strain rate together, there is an advantage of predicting the accurate flow stress.

또한, 압축실험만을 통하여 유동응력과 마찰 조건을 예측할 수 있으므로, 에너지 및 비용의 절감은 물론, 하나의 식으로 소재의 모든 변형 범위를 표현이 가능하게 되고, 미정계수에 의한 온도와 변형률 속도, 변형률에 더욱 민감하도록 보완이 가능하므로, 거시적인 관점에서 동적 회복과 재결정의 운동이 예측이 가능하게 되는 이점이 있다.In addition, the flow stress and friction conditions can be predicted only through compression experiments, thereby reducing energy and cost, as well as expressing all deformation ranges of the material in one equation, and the temperature, strain rate, and strain rate due to undefined coefficients. It can be supplemented to make it more sensitive to, so from a macro perspective, the dynamic recovery and recrystallization movement can be predicted.

Claims (7)

통상의 정보처리장치에서 실행되는 열간성형조건에서의 소재에 대한 변형거동의 예측 방법에 있어서,In the method of predicting deformation behavior for a material under hot forming conditions performed in a conventional information processing apparatus, 상기 소재에 대한 다수 개의 실험 조건에 대응하는 실험 데이터를 입력받는 제1단계; A first step of receiving experimental data corresponding to a plurality of experimental conditions for the material; 제 1단계에서의 실험 조건 및 유동응력 함수의 미정계수의 가정에 따른 유한요소법(Finite Element Methods;'FEM')시뮬레이션을 통해 설정된 하중과, 제 1단계에서의 실험 데이터의 하중에 의해 결정되는 목적함수 값을 결정하는 제 2단계;The objective determined by the load set by the finite element method ('FEM') simulation according to the experimental conditions in the first stage and the assumption of the undefined coefficient of the flow stress function, and the load of the experimental data in the first stage. Determining a function value; 제 2단계의 목적함수 값이 수렴 조건을 충족할 때까지 제 2단계를 반복하여 유동응력함수의 미정계수를 결정하는 제 3단계;A third step of determining the unknown coefficient of the flow stress function by repeating the second step until the objective function value of the second step satisfies the convergence condition; 를 구비하고, 상기 실험 데이터는 사전에 상기 소재에 대하여 상기 실험 조건들에 따라 압축 실험을 수행한 결과물이며, 상기 실험 조건은 압축 속도를 포함하는 것을 특징으로 하는 변형거동의 예측 방법.Wherein, the experimental data is a result of performing a compression experiment on the material in accordance with the experimental conditions in advance, wherein the experimental conditions, the prediction method of the deformation behavior, characterized in that the compression speed. 제 1 항에 있어서, The method of claim 1, 상기 제 2단계에서의 유동응력 함수는The flow stress function in the second step is
Figure 112008051532738-pat00043
이며,
Figure 112008051532738-pat00043
,
여기서, 각 변수는
Figure 112008051532738-pat00044
Where each variable
Figure 112008051532738-pat00044
인 것을 특징으로 하는 변형거동의 예측 방법.Prediction method of deformation behavior, characterized in that.
제 1 항에 있어서, 상기 제 2단계에서의 목적함수는 The method of claim 1, wherein the objective function in the second step is
Figure 112008051532738-pat00045
Figure 112008051532738-pat00045
인 것을 특징으로 하는 변형거동의 예측 방법.Prediction method of deformation behavior, characterized in that.
제 1항에 있어서, 상기 제 3단계에서의 수렴 조건은 The method of claim 1, wherein the convergence condition in the third step is
Figure 112008051532738-pat00046
Figure 112008051532738-pat00047
Figure 112008051532738-pat00046
And
Figure 112008051532738-pat00047
인 것을 특징으로 하는 변형거동의 예측 방법.Prediction method of deformation behavior, characterized in that.
제 1 항에 있어서, 상기 예측 방법은The method of claim 1, wherein the prediction method is 제 1단계에서의 실험 조건 및 유동응력 함수와 가정된 마찰인자에 따른 FEM시뮬레이션에 의해 결정된 배럴링 형상과, 제 1단계의 실험 데이터로부터 추출되는 배럴링 형상의 면적의 차를 결정하는 제 4단계; 및A fourth step of determining the difference between the barreling shape determined by FEM simulation according to the experimental conditions and the flow stress function and the assumed friction factor in the first step and the barreling shape extracted from the experimental data of the first step. ; And 제 4단계에서 결정된 배럴링 형상의 면적의 차가 수렴 조건을 충족할 때까지 제 4단계를 반복하여 마찰인자를 결정하는 제 5단계;A fifth step of determining the friction factor by repeating the fourth step until the difference in the area of the barrel shape determined in the fourth step satisfies a convergence condition; 를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 변형거동의 예측 방법.Method for predicting the deformation behavior further comprises. 제 5 항에 있어서, 상기 마찰인자는 전단마찰인자인 것을 특징으로 하는 변형거동의 예측 방법. The method of claim 5, wherein the friction factor is a shear friction factor. 삭제delete
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CN111291510B (en) * 2020-01-20 2022-04-29 中车齐齐哈尔车辆有限公司 Finite element working condition loading method and analysis method

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR970033158A (en) * 1995-12-30 1997-07-22 김종진 Friction Coefficient Prediction Method in Cold Rolling
KR20040056704A (en) * 2002-12-24 2004-07-01 주식회사 포스코 A method for predicting hot deformation resistance of STS 430 ferritic stainless steel

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR970033158A (en) * 1995-12-30 1997-07-22 김종진 Friction Coefficient Prediction Method in Cold Rolling
KR20040056704A (en) * 2002-12-24 2004-07-01 주식회사 포스코 A method for predicting hot deformation resistance of STS 430 ferritic stainless steel

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101928920B1 (en) 2017-08-04 2018-12-14 경상대학교 산학협력단 Method for obtaining material parameters for microsturcture prediction

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