잔류 응력에 따른 평판의 Wave 형상 양방향 예측 모델

Abstract

얇은 판 구조는 횡 화중에 대하여 우수한 분산능력과 비틀림 강성이 우수한 특성을 갖기 때문에 가벼운 무게로 높은 하중 운반 능력을 갖는다. 하지만 두께가 얇은 판은 축 방향으로 가해지는 잔류응력에 대하여 불안정한 좌굴 특성을 보이게 되고 표면에 웨이브가 발생하여 평탄도가 저하되는 문제를 갖는다. 평탄도가 저하되는 문제는 철강산업에서부터 반도체 공정까지 다양한 스케일에서 발생되고 이는 제품의 품질 저하 혹은 공정상 비효율을 초래하게 된다. 따라서 이러한 기계적 불안정성을 피하기 위해서는 표면 Wave 와 잔류 응력 사이의 관계를 예측하는 것이 메인이슈이다. 일반적인 잔류 응력의 경우 압축 응력 및 인장이 반복적으로 교차되기도 하고 특정 부분에 압축력이 가해지는 복잡한 형태로 존재한다. 이러한 상황에서 좌굴에 의한 평판 웨이브 형상을 예측하는 것은 쉬운 일이 아니다. 본 논문에서는 폭 방향 잔류 응력에 따라서 좌굴에 의한 웨이브 형상을 Ritz-galerkin Method 를 통하여 수치적으로 예측하였다. 이 때 잔류 응력의 분포를 2 차, 4 차에서 20 차 항까지 증가시켜 다양한 경우에 대하여 시도하였고 유한요소해석 시뮬레이션을 진행하여 비교한 결과 웨이브 형상 예측에 우수한 적중률을 보였다. 추가적으로 Deep Learning Method 를 통하여 웨이브 형상으로부터 잔류응력의 분포를 역으로 예측할 수 있는 가능성을 보였으며 최종적으로 판 형상의 구조물 표면에 발생되는 웨이브 형상과 잔류응력사이의 양 방향성 모델을 제안한다.