KR20210010161A - 나사철근 압연용 피넛공형 설계방법 및 이 설계방법으로 설계된 나사철근 압연용 피넛공형 - Google Patents

나사철근 압연용 피넛공형 설계방법 및 이 설계방법으로 설계된 나사철근 압연용 피넛공형 Download PDF

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Abstract

본 발명은 나사철근 압연용 피넛공형 설계방법 및 이 설계방법으로 설계된 나사철근 압연용 피넛공형에 관한 것으로 피넛공형에서 나사철근 최종제품의 내경부 및 마디 높이의 충만성, 종방향 리브의 폭퍼짐 최소화를 결정하는 주요설계인자를 도출하는 주요설계인자 도출단계, 제조되는 나사철근의 직경과 도출된 주요설계인자의 상관관계식을 도출하는 관계식 도출단계 및 상기 관계식 도출단계로 도출된 관계식으로 주요설계인자의 수치값을 결정하는 치수 결정단계를 포함하여 내경부 및 마디 높이의 충만성, 종방향 리브의 폭퍼짐 최소화를 결정하는 피넛공형 설계의 주요설계인자를 도출하고, 주요설계인자로 상관관계식을 도출하여 KS D 3504의 제품 주요 치수, 기계적 물성, 롤 마킹 기준과 기계식 이음성능을 만족하는 나사철근을 제조하는 데 있어 피넛공형의 설계 신뢰성을 크게 향상시킬 뿐만 아니라 나사철근의 직경 즉, 크기에 따라 적합한 나사철근 압연용 피넛공형을 간단하게 설계하여 제조과정을 단순화하고, 피넛공형의 잘못된 설계로 인한 생산과정에서의 나사철근 불량률을 최소화하고, 나사철근의 생산효율을 극대화한다.

Description

나사철근 압연용 피넛공형 설계방법 및 이 설계방법으로 설계된 나사철근 압연용 피넛공형{Design method of the peanut caliber in the thread bar rolling process and peanut caliber in the thread bar rolling process using the same}
본 발명은 나사철근 압연용 피넛공형 설계방법 및 이 설계방법으로 설계된 나사철근 압연용 피넛공형에 관한 것으로 더 상세하게는 나사철근의 제조 시 내경부 및 마디 높이, 충진율을 확보하고 종방향 리브의 폭퍼짐을 최소화하는 나사철근 압연용 피넛공형 설계방법 및 이 설계방법으로 설계된 나사철근 압연용 피넛공형에 관한 것에 관한 발명이다.
일반적으로, 나사철근은 종방향 리브가 없으며 나사형상의 마디를 가지고 있어 스웨징(Swaging) 및 전조 가공 없이 커플러 체결이 가능하다.
또한, 나사철근은 압연공정을 통해 제조되며, 압연공정에서 최종 마무리 압연 즉, K1공형 전에 피넛공형(K2공형)에 의해 압연소재를 땅콩 모양으로 압연하는 과정이 필수적으로 행해진다.
특히 나사철근의 종방향 리브 형상에 의해 나사철근과 커플러의 기계식 이음성능, 기계적 물성, 롤 마킹 차이가 있다.
나사철근은 피넛공형(K2공형)에 의한 압연과정에서 오버필링(Overfilling)에 의한 종방향 리브가 발생 시, 종방향 리브와 커플러 내경의 간섭에 의해 체결 불량이 발생한다.
또한 나사철근은 피넛공형(K2공형)에 의한 압연과정에서 언필링(Unfilling)이 발생 시 미충만된 단면적이 KS D 3504(Steel for the reinforcement of concrete)에 기재된 철근의 공칭 단면적 보다 작기 때문에 KS D 3504의 기계적 물성 기준에 만족하지 못할 뿐만 아니라 제조사, 강종, 사이즈 등을 표시하는 롤 마킹 문제가 발생할 수 있다.
그리고, 나사철근의 제조 시 KS D 3504의 기계적 물성과 롤 마킹, KS D 0249의 기계식 이음성능을 만족시키기 위해 가장 중요한 요소는 내경부 및 마디 높이의 충만성, 종방향 리브의 폭퍼짐 최소화이다.
즉, 나사철근의 제조 시 내경부 및 마디 높이의 충만성, 종방향 리브의 폭퍼짐 최소화에 대한 사항은 나사철근의 최종 압연 전 압연인 피넛공형에 의한 압연 과정에서 결정되므로 피넛공형의 설계가 중요한 것이다.
그리고, 나사철근의 종방향 리브 형상에 따라 기게식 이음성능, 기계적 물성, 롤 마킹 차이가 있기 때문에 나사철근의 종방향 리브 형상을 최소화 하기 위한 피넛공형의 설계가 필요한 것이다.
또한, 피넛 공형은 현재 공형설계 전문가의 경험과 노하우(Know-how)에 의해 설계되므로 나사철근의 제조 시 KS D 3504의 기계적 물성과 롤 마킹 기준에 만족시키는 나사 철근을 제조하는 피넛 공형 설계에 대한 신뢰성을 확보하기 어려울 뿐만 아니라 공형설계 전문가의 경험과 노하우(Know-how)를 전수하는 데 있어 어려움이 있었다.
대한민국 공개특허 제10-2012-0076239호 '철근 및 그 생산방법'(2012.07.09 공개)
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 나사철근 제조 시 내경부 및 마디 높이의 충만성, 종방향 리브의 폭퍼짐 최소화에 대한 KS D 3504의 제품 주요 치수, 기계적 물성, 롤 마킹 기준 조건을 만족시킬 수 있는 나사철근 압연용 피넛공형 설계방법 및 이 설계방법으로 설계된 나사철근 압연용 피넛공형을 제공하는 데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는 유한요소해석, 분산분석, 인공신경망분석, 압연실험 등의 과학적인 분석을 통해 나사철근 압연용 피넛공형 설계 시 주요 인자를 도출하여 KS D 3504의 제품 주요 치수, 기계적 물성, 롤 마킹 기준 조건을 만족시킬 수 있는 검증된 나사철근 압연용 피넛공형 설계방법 및 이 설계방법으로 설계된 나사철근 압연용 피넛공형을 제공하는 데 있다.
상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 피넛공형에서 나사철근 최종제품의 내경부 및 마디 높이의 충만성, 종방향 리브의 폭퍼짐 최소화를 결정하는 주요설계인자를 도출하는 주요설계인자 도출단계, 제조되는 나사철근의 직경과 도출된 주요설계인자의 상관관계식을 도출하는 관계식 도출단계 및 상기 관계식 도출단계로 도출된 관계식으로 주요설계인자의 수치값을 결정하는 치수 결정단계를 포함하는 것을 특징으로 한 나사철근 압연용 피넛공형 설계방법을 제공한다.
본 발명에서 상기 주요설계인자 도출단계는 제조 대상이 되는 나사철근의 사이즈 파리미터를 선정하는 과정 및 상기 피넛공형의 주요 파라미터를 선정하는 과정을 포함할 수 있다.
본 발명에서 상기 피넛공형의 주요 파라미터를 선정하는 과정은 피넛공형의 주요 파라미터로 피넛공형의 폭(W), 피넛공형의 중앙볼록부의 곡률(R1), 피넛공형의 최대높이(H1)와 피넛공형의 중앙부 높이(H2)의 높이차(ΔH)로 선정할 수 있다.
본 발명에서 상기 피넛공형의 주요 파라미터를 선정하는 과정은 유한요소해석 방법으로 나사철근의 내경폭, 나사철근의 마디 높이의 측정 결과, 나사철근의 Y축 방향 변형률, 나사철근의 폭퍼짐 변화를 분석하여 피넛공형 설계 시 주요설계인자로 피넛공형의 폭(W), 피넛공형의 중앙볼록부의 곡률(R1), 피넛공형의 최대높이(H1)와 피넛공형의 중앙부 높이(H2)의 높이차(ΔH)를 도출할 수 있다.
본 발명에서 상기 피넛공형의 주요 파라미터를 선정하는 과정은 분산분석을 통해 피넛공형의 주요설계인자로 피넛공형의 중앙볼록부의 곡률(R1), 피넛공형의 최대높이(H1)와 피넛공형의 중앙부 높이(H2)의 높이차(ΔH)를 도출할 수 있다.
본 발명에서 상기 피넛공형의 주요 파라미터를 선정하는 과정은 유한요소해석을 통해 피넛공형의 주요설계인자로 피넛공형의 폭(W), 피넛공형의 중앙볼록부의 곡률(R1), 피넛공형의 최대높이(H1)와 피넛공형의 중앙부 높이(H2)의 높이차(ΔH)를 도출하는 과정 및 도출된 피넛공형의 주요설계인자를 분산분석으로 검증하는 과정을 포함할 수 있다.
본 발명에서 상기 피넛공형의 주요 파라미터를 선정하는 과정은 피넛공형의 주요설계인자로 피넛공형의 폭(W), 피넛공형의 중앙볼록부의 곡률(R1), 피넛공형의 최대높이(H1)와 피넛공형의 중앙부 높이(H2)의 높이차(ΔH)를 도출하고, 상기 관계식 도출단계는 유한요소해석을 통해 도출된 피넛공형의 주요설계인자에서 각 나사철근의 사이즈 또는 나사철근의 지름에 대한 설계값을 도출하는 과정 및 상기 피넛공형의 주요설계인자에 대한 설계값과 나사철근의 사이즈 또는 나사철근의 지름과의 상관관계식을 도출하는 과정을 포함할 수 있다.
본 발명에서 상기 피넛공형의 주요 파라미터를 선정하는 과정은 피넛공형의 주요설계인자로 피넛공형의 폭(W), 피넛공형의 중앙볼록부의 곡률(R1), 피넛공형의 최대높이(H1)와 피넛공형의 중앙부 높이(H2)의 높이차(ΔH)를 도출하고, 상기 관계식 도출단계는 인공신경망분석으로 나사철근의 사이즈에 대한 설계값을 도출하고, 피넛공형의 주요설계인자에 대한 설계값과 나사철근의 사이즈 또는 나사철근의 지름과의 상관관계식을 도출할 수 있다.
본 발명에서 상기 관계식 도출단계에서 도출되는 피넛공형의 주요설계인자와 제조대상인 나사철근의 상관 관계식은 철근 사이즈가 D38 ~ D51 일때, W =1.6이고, R1은 1.176D ~ 1.184D이고, ΔH는 0.0784D ~ 0.0790D일 수 있다.
본 발명에서 상기 피넛공형의 주요설계인자와 제조대상인 나사철근의 상관 관계식은 철근 사이즈가 D 38일때 W =1.6; R1 = 1.176D, ΔH는 0.0790D일 수 있다.
본 발명에서 상기 피넛공형의 주요설계인자와 제조대상인 나사철근의 상관 관계식은 철근 사이즈가 D51일때 W =1.6; R1 = 1.184D, ΔH는 0.0784D일 수 있다.
본 발명에서 나사철근의 D38 사이즈에서 상기 나사철근의 사이즈에 대한 설계값은 피넛공형의 폭(W)이 1.6D, 피넛공형의 중앙볼록부의 곡률(R1)이 45mm, 피넛공형의 최대높이(H1)와 피넛공형의 중앙부 높이(H2)의 높이차(ΔH)가 3mm일 수 있다.
본 발명에서 나사철근의 D51 사이즈에서 상기 나사철근의 사이즈에 대한 설계값은 피넛공형의 폭(W) 1.6D, 피넛공형의 중앙볼록부의 곡률(R1)은 R1은 60mm, 피넛공형의 최대높이(H1)와 피넛공형의 중앙부 높이(H2)의 높이차(ΔH)는 4mm일 수 있다.
본 발명에서 상기 관계식 도출단계는 유한요소해석을 통해 도출된 피넛공형의 주요설계인자에서 각 나사철근의 사이즈 또는 나사철근의 지름에 대한 설계값을 도출하는 과정, 피넛공형의 주요설계인자에 대한 설계값과 나사철근의 사이즈 또는 나사철근의 지름과의 상관관계식을 도출하는 과정 및 인공신경망분석으로 유한요소해석을 통해 도출된 각 나사철근의 사이즈에 대한 설계값 및 설계값과 나사철근의 사이즈와 상관관계식을 검증하는 과정을 포함할 수 있다.
본 발명은 상기 관계식 도출단계로 도출된 피넛공형의 폭(W), 피넛공형의 중앙볼록부의 곡률(R1), 피넛공형의 최대높이(H1)와 피넛공형의 중앙부 높이(H2)의 높이차(ΔH)에 대한 나사철근의 각 사이즈 별 설계값을 확인하는 압연 실험단계를 더 포함하는 나사철근 압연용 피넛공형 설계방법을 제공할 수 있다.
본 발명에서 상기 피넛공형의 주요 파라미터를 선정하는 과정은 유한요소해석을 통해 피넛공형의 주요설계인자로 피넛공형의 폭(W), 피넛공형의 중앙볼록부의 곡률(R1), 피넛공형의 최대높이(H1)와 피넛공형의 중앙부 높이(H2)의 높이차(ΔH)를 도출하는 과정 및 도출된 피넛공형의 주요설계인자를 분산분석으로 검증하는 과정을 포함하고, 상기 관계식 도출단계는 유한요소해석을 통해 도출된 피넛공형의 주요설계인자에서 각 나사철근의 사이즈 또는 나사철근의 지름에 대한 설계값을 도출하는 과정, 피넛공형의 주요설계인자에 대한 설계값과 나사철근의 사이즈 또는 나사철근의 지름과의 상관관계식을 도출하는 과정 및 인공신경망분석으로 유한요소해석을 통해 도출된 각 나사철근의 사이즈에 대한 설계값 및 설계값과 나사철근의 사이즈와 상관관계식을 검증하는 과정을 포함하며, 상기 관계식 도출단계로 도출된 피넛공형의 폭(W), 피넛공형의 중앙볼록부의 곡률(R1), 피넛공형의 최대높이(H1)와 피넛공형의 중앙부 높이(H2)의 높이차(ΔH)에 대한 나사철근의 각 사이즈 별 설계값을 확인하는 압연 실험단계를 더 포함하는 나사철근 압연용 피넛공형 설계방법을 제공할 수 있다.
상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 피넛공형의 폭(W)은 1.6D, 피넛공형의 중앙볼록부의 곡률(R1)은 1.18D, 피넛공형의 최대높이(H1)와 피넛공형의 중앙부 높이(H2)의 높이차(ΔH)는 0.0787D이고, D는 나사철근의 사이즈 숫자 또는 나사철근의 지름인 것을 특징으로 하는 나사철근 압연용 피넛공형을 제공한다.
본 발명은 내경부 및 마디 높이의 충만성, 종방향 리브의 폭퍼짐 최소화를 결정하는 피넛공형 설계의 주요설계인자를 도출하고, 주요설계인자로 상관관계식을 도출하여 KS D 3504의 제품 주요 치수, 기계적 물성, 롤 마킹 기준과 기계식 이음성능을 만족하는 나사철근을 제조하는 데 있어 피넛공형의 설계 신뢰성을 크게 향상시키는 효과를 발휘한다.
본 발명은 제조되는 나사철근의 직경 즉, 크기에 따라 적합한 나사철근 압연용 피넛공형을 간단하게 설계하여 제조과정을 단순화하고, 피넛공형의 잘못된 설계로 인한 생산과정에서의 나사철근 불량률을 최소화하고, 나사철근의 생산효율을 극대화하는 효과를 발휘한다.
도 1은 압연 공정으로 제조되는 일반적인 나사철근의 형상을 도시한 단면도이다.
도 2는 나사철근 압연용 피넛공형의 일 실시예 도시한 개략도이다.
도 3은 본 발명에 따른 나사철근 압연용 피넛공형 설계방법을 도시한 전체 단계도이다.
도 4는 D38 및 D51 사이즈의 나사 철근을 도시한 도면이다.
도 5는 D38 사이즈의 나사철근에 대한 유한요소해석을 예시한 도면이다.
도 6은 D51 사이즈의 나사철근에 대한 유한요소해석을 예시한 도면이다.
도 7 및 도 8은 D38 사이즈의 나사철근에 대한 분산분석 결과를 도시한 그래프이다.
도 9 및 도 10은 D38 사이즈의 나사철근에서 나사철근의 내경폭과 마디 높이에 대한 인공신경망 분석결과를 나타낸 그래프이다.
도 11은 D38 사이즈의 나사철근에서 인공신경망과 압연해석 결과를 비교한 그래프이다.
도 12는 D51 사이즈의 나사철근에서 인공신경망과 압연해석 결과를 비교한 그래프이다.
본 발명을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다. 여기서, 반복되는 설명, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능, 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다. 본 발명의 실시형태는 당 업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다.
도 1은 압연 공정으로 제조되는 일반적은 나사철근의 형상을 도시한 단면도이고, 도 2는 나사철근 압연용 피넛공형의 일 실시예 도시한 개략도이다.
도 1의 (a)는 종방향 리브가 형성되지 않은 정상적인 형상의 나사철근(1)을 도시한 것이다.
또한, 도 1의 (b)는 피넛공형(K2공형)에 의한 압연과정에서 오버필링(Overfilling)에 의해 돌출된 종방향 리브(1a)가 발생된 나사철근(1)을 도시한 것이다.
또한, 도 1의 (c)는 피넛공형(K2공형)에 의한 압연과정에서 언필링(Unfilling)이 발생 시 미충만 된 단면적이 발생한 즉, 홈 형상의 종방향 리브(1b)가 발생된 나사철근(1)을 도시한 것이다.
도 2는 본 발명에 따른 나사철근 압연용 피넛공형을 도시한 개략도로써, 도 2를 참고하면 나사철근 압연용 피넛공형은 서로 대칭되는 형상을 가지는 제1압연롤(10)과 제2압연롤(20) 사이에 형성되는 압연공간이다.
제1압연롤(10)과 상기 제2압연롤(20)은 타원형의 베이스 홈부(10a, 20a) 중앙에 둥그스름하게 돌출된 중앙볼록부(10b, 20b)가 구비된 형상을 가진다.
피넛공형은 상기 제1압연롤(10)과 상기 제2압연롤(20) 사이에서 타원형의 홈부 사이에 형성되는 피넛 즉, 땅콩 형상의 공형이다.
피넛공형의 설계인자는 피넛공형의 폭(W), 중앙볼록부(10b, 20b)의 곡률(R1), 타원형의 베이스 홈부(10a, 20a)의 곡률(R2), 피넛공형의 최대높이(H1), 피넛공형의 중앙부 높이(H2), 피넛공형 외측에서 상기 제1압연롤(10)과 상기 제2압연롤(20) 사이 간격(R/G)를 포함한다.
한편, 나사철근의 제조 시 내경부 및 마디 높이의 충만성, 종방향 리브의 폭퍼짐 최소화에 대한 사항은 나사철근의 최종 압연 전 압연인 피넛공형에 의한 압연 과정에서 결정되므로 피넛공형의 설계가 중요한 것이다.
즉, 피넛공형의 설계가 잘못되는 경우 도 1의 (b)와 같이 피넛공형(K2공형)에 의한 압연과정에서 오버필링(Overfilling)에 의해 돌출된 종방향 리브(1a)가 발생되거나, 내경부 및 마디 높이의 충만성이 부족하여 도 1의 (c)는 피넛공형(K2공형)에 의한 압연과정에서 언필링(Unfilling)이 발생 시 미충만 된 단면적이 발생한 즉, 홈 형상의 종방향 리브(1b)가 발생되므로 본 발명에 따른 나사철근 압연용 피넛공형 설계방법에서 나사철근 최종제품의 내경부 및 마디 높이의 충만성, 종방향 리브의 폭퍼짐 최소화를 결정하는 주요설계인자를 도출하고, 주요설계인자와 제조대상 나사철근과의 상관 관계식으로 주요설계인자에 대한 수치값을 결정한다.
도 3은 본 발명에 따른 나사철근 압연용 피넛공형 설계방법을 도시한 전체 단계도이고, 도 4는 D38 및 D51 사이즈의 나사 철근을 도시한 도면이다.
도 1, 도 3 및 도 4를 참고하여 본 발명에 따른 나사철근 압연용 피넛공형 설계방법의 일 실시예를 하기에서 상세하게 설명한다.
본 발명에 따른 나사철근 압연용 피넛공형 설계방법의 일 실시예는 피넛공형에서 나사철근 최종제품의 내경부 및 마디 높이의 충만성, 종방향 리브의 폭퍼짐 최소화를 결정하는 주요설계인자를 도출하는 주요설계인자 도출단계(S100), 제조되는 나사철근의 직경과 도출된 주요설계인자의 상관관계식을 도출하는 관계식 도출단계(S200) 및 관계식 도출단계(S200)로 도출된 관계식으로 주요설계인자의 수치값을 결정하는 치수 결정단계(S300)를 포함한다.
주요설계인자 도출단계(S100)는 제조 대상이 되는 나사철근의 사이즈 파리미터를 선정하는 과정 및 피넛공형의 주요 파라미터를 선정하는 과정을 포함한다.
하기의 표 1은 D38 및 D51 사이즈에 대한 나사철근의 사이즈 파라미터를 나타낸다.
Size 단중
(kg/m)		 공칭단면적
(mm2)		 내경(mm) 마디높이
(mm)		 외경
(mm)		 마디간격
(mm)
D38 8.95 1140 36.9 3 42.9 18
D51 15.90 2027 48.6 4 56.6 20.5
하기의 표 2는 피넛공형의 주요 파라미터를 선정하는 과정에서 선정된 피넛 공형의 공형 파라라미터를 나타낸다.
Size W(mm) R1(mm) H1(mm) H2(mm) ΔH(mm)




D38



1.6D
35.0
 32.0 31.0 1
34.0 3
36.0 5

45.0
 32.0 31.0 1
34.0 3
36.0 5

55.0		 32.0 31.0 1
34.0 3
36.0 5


D51		 1.4D 60.0 45.5 41.5 4
1.5D 60.0 43.5 45.5 4
1.6D 60.0 42.0 38.0 4
1.7D 60.0 40.0 36.0 4
1.6D 50.0 42.0 38.0 4
1.6D 70.0 42.0 38.0 4
ΔH = H1-H2
즉, ΔH는 피넛공형의 최대높이(H1)와 피넛공형의 중앙부 높이(H2)의 높이차이다.
그리고, 피넛공형의 주요 파라미터를 선정하는 과정은 피넛공형의 주요 파라미터로 피넛공형의 폭(W), 중앙볼록부(10b, 20b)의 곡률(R1), 피넛공형의 최대높이(H1)와 피넛공형의 중앙부 높이(H2)의 높이차(ΔH)로 선정한다.
피넛공형의 주요 파라미터를 선정하는 과정은 유한요소해석 방법으로 내경폭, 마디 높이의 측정 결과, Y축 방향 변형률, 폭퍼짐 변화를 분석하여 피넛공형 설계 시 주요설계인자로 피넛공형의 폭(W), 중앙볼록부(10b, 20b)의 곡률(R1), 피넛공형의 최대높이(H1)와 피넛공형의 중앙부 높이(H2)의 높이차(ΔH)를 도출할 수 있다.
도 5는 D38 사이즈의 나사철근에 대한 유한요소해석을 예시한 도면이고, 도 6은 D51 사이즈의 나사철근에 대한 유한요소해석을 예시한 도면으로 더 상세하게 도 5 및 도 6은 Y 축 방향 변형률 및 폭퍼짐 변화를 분석한 예를 도시하고 있다.
또한, 하기의 표 3 및 표 4는 나사철근 D38 및 D51 사이즈에 대한 피넛공형의 주요 파라미터인 피넛공형의 폭(W), 중앙볼록부(10b, 20b)의 곡률(R1), 피넛공형의 최대높이(H1)와 피넛공형의 중앙부 높이(H2)의 높이차(ΔH)와 나사철근의 내경폭(W1, W2) 및 마디 높이(Hm1, Hm2)의 유한요소해석에 의한 측정 결과를 나타낸다.
표 3은 나사철근 D38 사이즈에 대한 피넛공형의 주요 파라미터와 나사철근의 내경폭(W1) 및 마디 높이(Hm1)의 유한요소해석에 의한 측정 결과를 나타낸 것이고, 표 4는 나사철근 D51 사이즈에 대한 피넛공형의 주요 파라미터인 피넛공형의 폭(W), 중앙볼록부(10b, 20b)의 곡률(R1), 피넛공형의 최대높이(H1)와 피넛공형의 중앙부 높이(H2)의 높이차(ΔH)와 나사철근의 내경폭(W2) 및 마디 높이(Hm2)의 유한요소해석에 의한 측정 결과를 나타낸 것이다.
피넛공형의 주요 파라미터 해석결과
W(mm) R1(mm) ΔH(mm) 내경폭(W1)(mm) 마디높이(Hm1)(mm)
1.6D 35 1 35.4 2.7
1.6D 3 36.9 2.3
1.6D 5 38.2 2.0
1.6D 45 1 34.9 2.8
1.6D 3 36.4 2.4
1.6D 5 37.8 2.1
1.6D 55 1 34.4 2.9
1.6D 3 35.4 2.7
1.6D 5 37.2 2.2
피넛공형의 주요 파라미터 해석결과
W(mm) R1(mm) ΔH(mm) 내경폭(W2)(mm) 마디높이(Hm2)(mm)
1.4D 60 4 48.1 2.3
1.5D 60 4 47.7 2.4
1.6D 60 4 47.3 2.7
1.7D 60 4 46.7 3.0
1.6D 50 4 47.6 2.5
1.6D 70 4 46.9 2.8
나사철근 D38 및 D51 사이즈에 대한 유한요소해석에 의한 결과 피넛공형의 폭(W), 중앙볼록부(10b, 20b)의 곡률(R1), 피넛공형의 최대높이(H1)와 피넛공형의 중앙부 높이(H2)의 높이차(ΔH)에 따라 나사철근의 내경폭(W1, W2) 및 마디 높이(Hm1, Hm2)가 변화하는 것을 확인할 수 있다.
즉, 피넛공형의 폭(W), 중앙볼록부(10b, 20b)의 곡률(R1), 피넛공형의 최대높이(H1)가 커지고 피넛공형의 중앙부 높이(H2)의 높이차(ΔH)가 작아질수록 내경폭(W1, W2)이 작아지고, 마디높이(Hm1, Hm2)가 높아진다.
반대로, 피넛공형의 폭(W), 중앙볼록부(10b, 20b)의 곡률(R1), 피넛공형의 최대높이(H1)이 작아지고 피넛공형의 중앙부 높이(H2)의 높이차(ΔH)가 커질수록 내경폭(W1, W2)이 커지고, 마디높이(Hm1, Hm2)가 낮아진다.
이에 피넛공형 설계 시 주요설계인자로 피넛공형의 폭(W), 중앙볼록부(10b, 20b)의 곡률(R1), 피넛공형의 최대높이(H1)와 피넛공형의 중앙부 높이(H2)의 높이차(ΔH)인 것을 확인할 수 있다.
한편, 피넛공형의 주요 파라미터를 선정하는 과정은 분산분석을 통해 피넛공형의 주요설계인자로 중앙볼록부(10b, 20b)의 곡률(R1), 피넛공형의 최대높이(H1)와 피넛공형의 중앙부 높이(H2)의 높이차(ΔH)를 도출할 수 있다.
분산분석은 피넛공형의 주요설계인자의 변동 유의성과 각각 피넛공형의 주요설계인자의 유의성을 통계적으로 분석하는 것으로 공지의 분석 방법으로 더 상세한 설명은 생략함을 밝혀둔다.
표 5는 D38 사이즈 나사철근에서 중앙볼록부(10b, 20b)의 곡률(R1), 피넛공형의 최대높이(H1)와 피넛공형의 중앙부 높이(H2)의 높이차(ΔH)에 대한 내경폭(W1)의 분산분석결과이다.
Factor DOF SS MS F P C(%)
A(R1) 2 1.9467 0.9733 36.71 0.003 13.6
B(ΔH) 2 12.3479 6.1714 232.74 0.000 85.7
Error 4 0.1061 0.0265 0.7
Total 8 14.3956 100
S=0.1628 R2 = 99.26% R2(adj)=99.26%
표 6은 D38 사이즈 나사철근에서 중앙볼록부(10b, 20b)의 곡률(R1), 피넛공형의 최대높이(H1)와 피넛공형의 중앙부 높이(H2)의 높이차(ΔH)에 대한 마디높이(Hm1)의 분산분석결과이다.
Factor DOF SS MS F P C(%)
A(R1) 2 0.1194 0.0597 14.99 0.014 14.1
B(ΔH) 2 0.7081 0.3540 88.88 0.000 84.0
Error 4 0.0159 0.0040 1.9
Total 8 0.8434 100
S=0.06311 R2 = 99.26% R2(adj)=99.26%
또한, 도 7 및 도 8은 D38 사이즈의 나사철근에 대한 분산분석 결과를 도시한 그래프이고, 더 상세하게 도 7의 (a)는 D38 사이즈 나사철근에서 중앙볼록부(10b, 20b)의 곡률(R1)의 중앙부 높이(H2)의 높이차(ΔH)의 내경폭(W1)에 대한 분산분석 결과를 도시한 그래프이고, 도 7의 (b)는 D38 사이즈 나사철근에서 피넛공형의 최대높이(H1)와 피넛공형의 중앙부 높이(H2)의 높이차(ΔH)의 내경폭(W1)에 대한 분산분석 결과를 도시한 그래프이다.
또한, 도 8의 (a)는 D38 사이즈 나사철근에서 중앙볼록부(10b, 20b)의 곡률(R1)의 중앙부 높이(H2)의 높이차(ΔH)의 마디 높이(Hm1)에 대한 분산분석 결과를 도시한 그래프이고, 도 8의 (b)는 D38 사이즈 나사철근에서 피넛공형의 최대높이(H1)와 피넛공형의 중앙부 높이(H2)의 높이차(ΔH)에 대한 마디 높이(Hm1)에 대한 분산분석 결과를 도시한 그래프이다.
표 5 및 표 6, 도 7 및 도 8의 분산분석은 D38 사이즈의 나사철근에서 각 인자별수준은 3수준으로 유한요소해석의 Case와 동일한 것임을 밝혀둔다.
표 5 및 표 6, 도 7 및 도 8을 참고하면 내경폭(W1, W2) 및 마디높이(Hm1, Hm2)에 대한 중앙볼록부(10b, 20b)의 곡률(R1), 피넛공형의 최대높이(H1)와 피넛공형의 중앙부 높이(H2)의 높이차(ΔH)의 P값이 0.05이하로 확인되고, 내경폭(W1, W2) 및 마디높이(Hm1, Hm2)에 대한 중앙볼록부(10b, 20b)의 곡률(R1), 피넛공형의 최대높이(H1)와 피넛공형의 중앙부 높이(H2)의 높이차(ΔH)의 효과성을 확인하였다.
내경폭(W1, W2) 및 마디높이(Hm1, Hm2)에 대한 중앙볼록부(10b, 20b)의 곡률(R1), 피넛공형의 최대높이(H1)와 피넛공형의 중앙부 높이(H2)의 높이차(ΔH)의 R2 계산결과 95%이상임을 확인하여 유한요소해석의 해석결과에 대한 신뢰성이 검증되었다.
피넛공형의 주요 파라미터를 선정하는 과정은 유한요소해석을 통해 피넛공형의 주요설계인자로 피넛공형의 폭(W), 중앙볼록부(10b, 20b)의 곡률(R1), 피넛공형의 최대높이(H1)와 피넛공형의 중앙부 높이(H2)의 높이차(ΔH)를 도출하는 과정, 도출된 피넛공형의 주요설계인자를 분산분석으로 검증하는 과정을 포함할 수 있다.
피넛공형의 주요 파라미터를 선정하는 과정은 유한요소해석을 통해 피넛공형의 주요설계인자를 도출하고, 분산분석으로 이를 검증하여 도출된 주요설계인자에 대한 신뢰도를 확보할 수 있다.
한편, 상관관계식을 도출하는 관계식 도출단계(S200)는 유한요소해석을 통해 도출된 피넛공형의 주요설계인자에서 각 나사철근의 사이즈에 대한 설계값을 도출하는 과정, 피넛공형의 주요설계인자에 대한 설계값과 나사철근의 사이즈 또는 나사철근의 지름과 상관관계식을 도출하는 과정을 포함한다.
상관관계식을 도출하는 관계식 도출단계(S200)는 유한요소해석을 통해 나사철근의 사이즈 또는 나사철근의 지름에 대한 설계값을 도출하고, 피넛공형의 주요설계인자에 대한 설계값과 나사철근의 사이즈 또는 나사철근의 지름과의 상관관계식을 도출할 수 있다.
유한요소해석을 통해 나사철근의 사이즈 또는 나사철근의 지름에 대한 설계값을 도출하고, 피넛공형의 주요설계인자에 대한 설계값과 나사철근의 사이즈 또는 나사철근의 지름과의 상관관계식을 도출하는 것은 표 3 및 표 4, 도 5 및 도 6으로 설명될 수 있음을 밝혀둔다.
즉, 유한요소해석을 통해 나사철근의 사이즈 또는 나사철근의 지름에 대한 설계값을 도출하고, 피넛공형의 주요설계인자에 대한 설계값과 나사철근의 사이즈 또는 나사철근의 지름과의 상관관계식을 도출하는 것은 피넛공형의 폭(W), 중앙볼록부(10b, 20b)의 곡률(R1), 피넛공형의 최대높이(H1)와 피넛공형의 중앙부 높이(H2)의 높이차(ΔH)를 도출하는 과정에서 최종적으로 함께 나사철근의 사이즈 또는 나사철근의 지름에 대한 설계값을 도출할 수 있다.
유한요소해석을 통해 결정된 나사철근의 사이즈에 대한 설계값은 D38 사이즈의 피넛공형의 폭(W) 1.6D, R1은 45mm, 피넛공형의 최대높이(H1)와 피넛공형의 중앙부 높이(H2)의 높이차(ΔH)는 3mm이다.
유한요소해석을 통해 결정된 나사철근의 사이즈에 대한 설계값은 D51사이즈의 피넛공형의 폭(W) 1.6D, R1은 60mm, 피넛공형의 최대높이(H1)와 피넛공형의 중앙부 높이(H2)의 높이차(ΔH)는 4mm이다.
표 2, 표 3, 표 4를 포함해서 상기 및 하기에서 피넛공형의 폭(W)에서 D는 제조대상인 나사철근의 사이즈 숫자로 D38 사이즈에서는 38이고, D51 사이즈에서 51이며, 나사철근의 지름을 나타내는 것임을 확인한다.
또한, 상관관계식을 도출하는 관계식 도출단계(S200)는 인공신경망분석으로 나사철근의 사이즈 또는 나사철근의 지름에 대한 설계값을 도출하고, 피넛공형의 주요설계인자에 대한 설계값과 나사철근의 사이즈 또는 나사철근의 지름과의 상관관계식을 도출할 수 있다.
더 상세하게 상관관계식을 도출하는 관계식 도출단계(S200)는 인공신경망분석으로 피넛공형의 폭(W), 중앙볼록부(10b, 20b)의 곡률(R1), 피넛공형의 최대높이(H1)와 피넛공형의 중앙부 높이(H2)의 높이차(ΔH)에 대한 설계값과 나사철근의 사이즈 또는 나사철근의 지름과의 상관관계식을 도출할 수 있다.
도 9는 D38 사이즈의 나사철근에서 나사철근의 내경폭과 마디 높이에 대한 인공신경망 분석결과를 나타낸 그래프이고, 피넛공형의 최대높이(H1)와 피넛공형의 중앙부 높이(H2)의 높이차(ΔH) 즉, ΔH가 Δ1, Δ2, Δ3, Δ4, Δ5인 경우 D38 사이즈의 나사철근에서 나사철근의 내경폭과 마디 높이에 대한 인공신경망 분석결과이다.
더 상세하게 도 9의 (a)는 피넛공형의 최대높이(H1)와 피넛공형의 중앙부 높이(H2)의 높이차(ΔH) 즉, ΔH가 Δ1, Δ2, Δ3, Δ4, Δ5인 경우 중앙볼록부(10b, 20b)의 곡률(R1)에 따른 나사철근의 내경폭(W1)의 인공신경망 분석결과이고, 도 9의 (b)는 피넛공형의 최대높이(H1)와 피넛공형의 중앙부 높이(H2)의 높이차(ΔH) 즉, ΔH가 Δ1, Δ2, Δ3, Δ4, Δ5인 경우 중앙볼록부(10b, 20b)의 곡률(R1)에 따른 나사철근의 마디높이(Hm1)의 인공신경망 분석결과이다.
또한, 도 10은 D38 사이즈의 나사철근에서 나사철근의 내경폭과 마디 높이에 대한 인공신경망 분석결과를 나타낸 그래프이고, 피넛공형의 최대높이(H1)와 피넛공형의 중앙부 높이(H2)의 높이차(ΔH) 즉, ΔH가 Δ1, Δ2, Δ3, Δ4, Δ5인 경우 D38 사이즈의 나사철근에서 나사철근의 내경폭과 마디 높이에 대한 인공신경망 분석결과이다.
내경폭(W1) 및 마디높이(Hm1, Hm2)에 대한 중앙볼록부(10b, 20b)의 곡률(R1), 피넛공형의 최대높이(H1)와 피넛공형의 중앙부 높이(H2)의 높이차(ΔH)의 효과성을 확인하였다
도 10은 D38 사이즈의 나사철근에서 나사철근의 내경폭과 마디 높이에 대한 인공신경망 분석결과를 나타낸 그래프이고, 나사철근의 내경폭이 1.4D, 1.5D, 1.6D, 1.7D에서 D38 사이즈의 나사철근에서 나사철근의 내경폭과 마디 높이에 대한 인공신경망 분석결과이다.
더 상세하게 도 10의 (a)는 나사철근의 내경폭이 1.4D, 1.5D, 1.6D, 1.7D5인 경우 중앙볼록부(10b, 20b)의 곡률(R1)에 따른 나사철근의 내경폭(W1)의 인공신경망 분석결과이고, 도 9의 (b)는 나사철근의 내경폭이 1.4D, 1.5D, 1.6D, 1.7D인 경우 중앙볼록부(10b, 20b)의 곡률(R1)에 따른 나사철근의 마디높이(Hm1)의 인공신경망 분석결과이다.
도 11은 D38 사이즈의 나사철근에서 인공신경망과 압연해석 결과를 비교한 그래프이고, 도 12는 D51 사이즈의 나사철근에서 인공신경망과 압연해석 결과를 비교한 그래프이다.
도 9 내지 도 12를 참고하고, 인공신경망 분석결과 나사철근의 사이즈에 대한 설계값은 D38 사이즈의 피넛공형의 폭(W) 1.6D, R1은 45mm, 피넛공형의 최대높이(H1)와 피넛공형의 중앙부 높이(H2)의 높이차(ΔH)는 3mm이다.
그리고, 인공신경망 분석결과 나사철근의 사이즈에 대한 설계값은 D51사이즈의 피넛공형의 폭(W) 1.6D, R1은 45mm, 피넛공형의 최대높이(H1)와 피넛공형의 중앙부 높이(H2)의 높이차(ΔH)는 3mm이다.
상관관계식을 도출하는 관계식 도출단계(S200)는 유한요소해석을 통해 도출된 피넛공형의 주요설계인자에서 각 나사철근의 사이즈 또는 나사철근의 지름에 대한 설계값을 도출하는 과정, 피넛공형의 주요설계인자에 대한 설계값과 나사철근의 사이즈 또는 나사철근의 지름과의 상관관계식을 도출하는 과정, 인공신경망분석으로 유한요소해석을 통해 도출된 각 나사철근의 사이즈 또는 나사철근의 지름에 대한 설계값 및 설계값과 나사철근의 사이즈 또는 나사철근의 지름과의 상관관계식을 검증하는 과정을 포함할 수 있다. .
즉, 나사철근 D38 사이즈 및 D51 사이즈에 대한 인공신경망 분석 결과, 유한요소해석 결과와 유사한 결과를 확인하였고, 유한요소해석 결과에 대한 설계값에 대한 신뢰성을 확보할 수 있었다.
인공신경망 분석은 나사철근의 각 사이즈 별로 최종 압연으로 제조되는 나사철근의 형태의 목표 형태 즉, 나사철근의 내경폭 목표값과 마디높이 목표값, 공칭단면적 높이값을 허용오차(±4%) 내에서 달성하는 피넛공형의 폭(W), 중앙볼록부(10b, 20b)의 곡률(R1), 피넛공형의 최대높이(H1)와 피넛공형의 중앙부 높이(H2)의 높이차(ΔH)에 대한 설계값을 공징의 인공신경망 해석방법을 적용하여 분석함으로써 피넛공형의 주요설계인자에 대한 설계값을 도출하는 것으로 더 상세한 설명은 생략한다.
그리고, 피넛공형의 주요설계인자에 대한 설계값과 나사철근의 사이즈와 상관관계식은 하기 표 7과 같다.
Size W(mm) R1(mm) ΔH(mm)
D38 1.6D 45 1.176D 3 0.0790D
D51 1.6D 60 1.184D 4 0.0784D
최종 1.6D 1.18D 0.0787D
즉, 표 7을 참고하면 피넛공형의 주요설계인자와 제조대상인 나사철근의 상관 관계식은 철근 사이즈가 대구경에 해당하는 D38 ~ D51 일때, W =1.6이고, R1은 1.176D ~ 1.184D이고, ΔH는 0.0784D ~ 0.0790D이다.
더 상세하게 피넛공형의 주요설계인자와 제조대상인 나사철근의 상관 관계식은 철근 사이즈가 D 38일때 W =1.6; R1 = 1.176D, ΔH는 0.0790D 이며, 철근 사이즈가 D51일때 W =1.6; R1 = 1.184D, ΔH는 0.0784D이다.
치수 결정단계(S300)는 피넛공형의 주요설계인자에 대한 나사철근의 사이즈 즉, 지름과의 상관관계식으로 피넛공형의 주요설계인자인 피넛공형의 폭(W), 중앙볼록부(10b, 20b)의 곡률(R1), 피넛공형의 최대높이(H1)와 피넛공형의 중앙부 높이(H2)의 높이차(ΔH)에 대한 치수를 결정한다.
본 발명에 따른 나사철근 압연용 피넛공형 설계방법의 일 실시예는 관계식 도출단계(S200)로 도출된 피넛공형의 폭(W), 중앙볼록부(10b, 20b)의 곡률(R1), 피넛공형의 최대높이(H1)와 피넛공형의 중앙부 높이(H2)의 높이차(ΔH)에 대한 나사철근의 각 사이즈 별 설계값을 확인하는 압연 실험단계(S400)를 포함한다.
압연 실험단계(S400)는 나사철근의 각 사이즈 별 설계값으로 피넛공형을 설계하고, 설계된 피넛공형을 사용하여 피넛압연 공정을 행하고, 이외의 압연 공정은 동일한 조건으로 수행함으로써 나사철근의 각 사이즈 별 설계값에 의해 설계된 피넛공형에 의해 제조되는 나사철근의 목표 형태 즉, 나사철근의 내경폭 목표값과 마디높이 목표값, 공칭단면적값을 허용오차(±4%) 내에서 만족하는 지 확인한다.
D38 사이즈의 설계값인 피넛공형의 폭(W) 1.6D, R1 45mm, 피넛공형의 최대높이(H1)와 피넛공형의 중앙부 높이(H2)의 높이차(ΔH) 3mm으로 설계된 피넛공형으로 제조된 나사철근의 나사철근의 내경폭, 마디높이, 공칭단면적값에 대한 압연 실험 결과 및 D51 사이즈의 설계값인 피넛공형의 폭(W) 1.6D, R1 60mm, 피넛공형의 최대높이(H1)와 피넛공형의 중앙부 높이(H2)의 높이차(ΔH) 4mm으로 설계된 피넛공형으로 제조된 나사철근의 나사철근의 내경폭(W1, W2), 마디높이(Hm1, Hm2), 공칭단면적값에 대한 압연 실험 결과는 하기의 표 8 및 표 9와 같다.
Size 내경폭(W1, W2) 마디 높이(Hm1, Hm2)
목표값 유한요소해석 인공신경망분석 압연실험 목표값 유한요소해석 인공신경망분석 압연실험
D38 36.4 36.4 36.4 36.2 1.9~3.8 2.4 2.4 2.4
D51 47.4 47.3 47.4 47.5 2.5~5.0 2.7 2.6 2.6
Size 공칭단면적(mm2) 허용오차(mm2)
Design Experiment Min.(-4%) Max.(+4%)
D38 1140 1129 1094 1186
D38 2050 1990 1968 2182
즉, 표 8 및 표 9를 통해 유한요소해석에 의해 도출된 설계값과 인공신경망분석에 의해 도출된 설계값이 적용된 피넛공형에 의한 압연 실험 결과는 모두 나사철근의 목표 형태 즉, 나사철근의 내경폭 목표값과 마디높이 목표값, 공칭단면적값을 허용오차(±4%) 내에서 만족하는 것이 확인되었다.
한편, 본 발명에 따른 나사철근 압연용 피넛공형의 일 실시예는 피넛공형의 폭(W)은 1.6D, 중앙볼록부(10b, 20b)의 곡률(R1)은 1.18D, 피넛공형의 최대높이(H1)와 피넛공형의 중앙부 높이(H2)의 높이차(ΔH)는 0.0787D인 것을 특징으로 한다.
그리고, D는 제조대상인 나사철근의 사이즈 숫자로 D38 사이즈에서는 38이고, D51 사이즈에서 51이며, 나사철근의 지름을 나타내는 것임을 확인한다.
본 발명은 내경부 및 마디 높이의 충만성, 종방향 리브의 폭퍼짐 최소화를 결정하는 피넛공형 설계의 주요설계인자를 도출하고, 주요설계인자로 상관관계식을 도출하여 KS D 3504의 제품 주요 치수, 기계적 물성, 롤 마킹 기준과 기계식 이음성능을 만족하는 나사철근을 제조하는 데 있어 피넛공형의 설계 신뢰성을 크게 향상시킨다.
본 발명은 제조되는 나사철근의 직경 즉, 크기에 따라 적합한 나서철근 압연용 피넛공형을 간단하게 설계하여 제조과정을 단순화하고, 피넛공형의 잘못된 설계로 인한 생산과정에서의 나사철근 불량률을 최소화하고, 나사철근의 생산효율을 극대화할 수 있다.
이상에서와 같이 도면과 명세서에서 최적의 실시예가 개시되었다. 여기서 특정한 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미 한정이나 청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
S100 : 주요설계인자 도출단계
S200 : 관계식 도출단계
S300 : 치수 결정단계
S400 : 압연 실험단계

Claims (18)

  1. 피넛공형에서 나사철근 최종제품의 내경부 및 마디 높이의 충만성, 종방향 리브의 폭퍼짐 최소화를 결정하는 주요설계인자를 도출하는 주요설계인자 도출단계;
    제조되는 나사철근의 직경과 도출된 주요설계인자의 상관관계식을 도출하는 관계식 도출단계; 및
    상기 관계식 도출단계로 도출된 관계식으로 주요설계인자의 수치값을 결정하는 치수 결정단계를 포함하는 나사철근 압연용 피넛공형 설계방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 주요설계인자 도출단계는 제조 대상이 되는 나사철근의 사이즈 파리미터를 선정하는 과정; 및
    상기 피넛공형의 주요 파라미터를 선정하는 과정을 포함하는 나사철근 압연용 피넛공형 설계방법.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 피넛공형의 주요 파라미터를 선정하는 과정은 피넛공형의 주요 파라미터로 피넛공형의 폭(W), 피넛공형의 중앙볼록부의 곡률(R1), 피넛공형의 최대높이(H1)와 피넛공형의 중앙부 높이(H2)의 높이차(ΔH)로 선정하는 나사철근 압연용 피넛공형 설계방법.
  4. 청구항 2에 있어서,
    상기 피넛공형의 주요 파라미터를 선정하는 과정은 유한요소해석 방법으로 나사철근의 내경폭, 나사철근의 마디 높이의 측정 결과, 나사철근의 Y축 방향 변형률, 나사철근의 폭퍼짐 변화를 분석하여 피넛공형 설계 시 주요설계인자로 피넛공형의 폭(W), 피넛공형의 중앙볼록부의 곡률(R1), 피넛공형의 최대높이(H1)와 피넛공형의 중앙부 높이(H2)의 높이차(ΔH)를 도출하는 나사철근 압연용 피넛공형 설계방법.
  5. 청구항 2에 있어서,
    상기 피넛공형의 주요 파라미터를 선정하는 과정은 분산분석을 통해 피넛공형의 주요설계인자로 피넛공형의 중앙볼록부의 곡률(R1), 피넛공형의 최대높이(H1)와 피넛공형의 중앙부 높이(H2)의 높이차(ΔH)를 도출하는 나사철근 압연용 피넛공형 설계방법.
  6. 청구항 2에 있어서,
    상기 피넛공형의 주요 파라미터를 선정하는 과정은,
    유한요소해석을 통해 피넛공형의 주요설계인자로 피넛공형의 폭(W), 피넛공형의 중앙볼록부의 곡률(R1), 피넛공형의 최대높이(H1)와 피넛공형의 중앙부 높이(H2)의 높이차(ΔH)를 도출하는 과정; 및
    도출된 피넛공형의 주요설계인자를 분산분석으로 검증하는 과정을 포함하는 나사철근 압연용 피넛공형 설계방법.
  7. 청구항 2에 있어서,
    상기 피넛공형의 주요 파라미터를 선정하는 과정은,
    피넛공형의 주요설계인자로 피넛공형의 폭(W), 피넛공형의 중앙볼록부의 곡률(R1), 피넛공형의 최대높이(H1)와 피넛공형의 중앙부 높이(H2)의 높이차(ΔH)를 도출하고,
    상기 관계식 도출단계는 유한요소해석을 통해 도출된 피넛공형의 주요설계인자에서 각 나사철근의 사이즈 또는 나사철근의 지름에 대한 설계값을 도출하는 과정; 및
    상기 피넛공형의 주요설계인자에 대한 설계값과 나사철근의 사이즈 또는 나사철근의 지름과의 상관관계식을 도출하는 과정을 포함하는 나사철근 압연용 피넛공형 설계방법.
  8. 청구항 2에 있어서,
    상기 피넛공형의 주요 파라미터를 선정하는 과정은,
    피넛공형의 주요설계인자로 피넛공형의 폭(W), 피넛공형의 중앙볼록부의 곡률(R1), 피넛공형의 최대높이(H1)와 피넛공형의 중앙부 높이(H2)의 높이차(ΔH)를 도출하고,
    상기 관계식 도출단계는 인공신경망분석으로 나사철근의 사이즈에 대한 설계값을 도출하고, 피넛공형의 주요설계인자에 대한 설계값과 나사철근의 사이즈 또는 나사철근의 지름과의 상관관계식을 도출하는 나사철근 압연용 피넛공형 설계방법.
  9. 청구항 7 또는 청구항 8에 있어서,
    상기 관계식 도출단계에서 도출되는 피넛공형의 주요설계인자와 제조대상인 나사철근의 상관 관계식은 철근 사이즈가 D38 ~ D51 일때, W =1.6이고, R1은 1.176D ~ 1.184D이고, ΔH는 0.0784D ~ 0.0790D인 나사철근 압연용 피넛공형 설계방법.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 피넛공형의 주요설계인자와 제조대상인 나사철근의 상관 관계식은 철근 사이즈가 D 38일때 W =1.6; R1 = 1.176D, ΔH는 0.0790D인 나사철근 압연용 피넛공형 설계방법.
  11. 청구항 9에 있어서,
    상기 피넛공형의 주요설계인자와 제조대상인 나사철근의 상관 관계식은 철근 사이즈가 D51일때 W =1.6; R1 = 1.184D, ΔH는 0.0784D인 나사철근 압연용 피넛공형 설계방법.
  12. 청구항 9에 있어서,
    나사철근의 D38 사이즈에서 상기 나사철근의 사이즈에 대한 설계값은 피넛공형의 폭(W)이 1.6D, 피넛공형의 중앙볼록부의 곡률(R1)이 45mm, 피넛공형의 최대높이(H1)와 피넛공형의 중앙부 높이(H2)의 높이차(ΔH)가 3mm인 나사철근 압연용 피넛공형 설계방법.
  13. 청구항 9에 있어서,
    나사철근의 D51 사이즈에서 상기 나사철근의 사이즈에 대한 설계값은 피넛공형의 폭(W) 1.6D, 피넛공형의 중앙볼록부의 곡률(R1)은 R1은 60mm, 피넛공형의 최대높이(H1)와 피넛공형의 중앙부 높이(H2)의 높이차(ΔH)는 4mm인 나사철근 압연용 피넛공형 설계방법.
  14. 청구항 1에 있어서,
    상기 관계식 도출단계는,
    유한요소해석을 통해 도출된 피넛공형의 주요설계인자에서 각 나사철근의 사이즈 또는 나사철근의 지름에 대한 설계값을 도출하는 과정;
    피넛공형의 주요설계인자에 대한 설계값과 나사철근의 사이즈 또는 나사철근의 지름과의 상관관계식을 도출하는 과정; 및
    인공신경망분석으로 유한요소해석을 통해 도출된 각 나사철근의 사이즈에 대한 설계값 및 설계값과 나사철근의 사이즈와 상관관계식을 검증하는 과정을 포함하는 나사철근 압연용 피넛공형 설계방법.
  15. 청구항 1에 있어서,
    상기 관계식 도출단계로 도출된 피넛공형의 폭(W), 피넛공형의 중앙볼록부의 곡률(R1), 피넛공형의 최대높이(H1)와 피넛공형의 중앙부 높이(H2)의 높이차(ΔH)에 대한 나사철근의 각 사이즈 별 설계값을 확인하는 압연 실험단계를 더 포함하는 나사철근 압연용 피넛공형 설계방법.
  16. 청구항 2에 있어서,
    상기 피넛공형의 주요 파라미터를 선정하는 과정은,
    유한요소해석을 통해 피넛공형의 주요설계인자로 피넛공형의 폭(W), 피넛공형의 중앙볼록부의 곡률(R1), 피넛공형의 최대높이(H1)와 피넛공형의 중앙부 높이(H2)의 높이차(ΔH)를 도출하는 과정; 및
    도출된 피넛공형의 주요설계인자를 분산분석으로 검증하는 과정을 포함하고,
    상기 관계식 도출단계는,
    유한요소해석을 통해 도출된 피넛공형의 주요설계인자에서 각 나사철근의 사이즈 또는 나사철근의 지름에 대한 설계값을 도출하는 과정;
    피넛공형의 주요설계인자에 대한 설계값과 나사철근의 사이즈 또는 나사철근의 지름과의 상관관계식을 도출하는 과정; 및
    인공신경망분석으로 유한요소해석을 통해 도출된 각 나사철근의 사이즈에 대한 설계값 및 설계값과 나사철근의 사이즈와 상관관계식을 검증하는 과정을 포함하며,
    상기 관계식 도출단계로 도출된 피넛공형의 폭(W), 피넛공형의 중앙볼록부의 곡률(R1), 피넛공형의 최대높이(H1)와 피넛공형의 중앙부 높이(H2)의 높이차(ΔH)에 대한 나사철근의 각 사이즈 별 설계값을 확인하는 압연 실험단계를 더 포함하는 나사철근 압연용 피넛공형 설계방법.
  17. 청구항 1 내지 청구항 16 중 어느 한 항의 나사철근 압연용 피넛공형 설계방법으로 설계된 나사철근 압연용 피넛공형.
  18. 피넛공형의 폭(W)은 1.6D, 피넛공형의 중앙볼록부의 곡률(R1)은 1.18D, 피넛공형의 최대높이(H1)와 피넛공형의 중앙부 높이(H2)의 높이차(ΔH)는 0.0787D이고, D는 나사철근의 사이즈 숫자 또는 나사철근의 지름인 것을 특징으로 하는 나사철근 압연용 피넛공형.
KR1020190087712A 2019-07-19 2019-07-19 나사철근 압연용 피넛공형 설계방법 및 이 설계방법으로 설계된 나사철근 압연용 피넛공형 KR102252103B1 (ko)

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