개요

인발기의 피스톤 파트에 대한 구조안전성을 확인하기 위한 목적으로 구조해석을 수행하였습니다. 구조물의 안전성을 확인하기 위해 유한요소방법(Finite Element Method)을 사용하여 인발기에 가해지는 부하로부터 피스톤 및 하부구조물에 발생하는 응력 및 변위를 산출하였습니다. 평가대상 구조물은 SS400과 S45C 으로 이뤄져 있으며 각 파트에 해당 물성치를 적용하여 구조해석을 진행하였습니다. 각 구조물의 응력해석 결과를 허용응력과 비교하여 구조물의 취약부분의 안전성을 평가하였습니다. 

Pre-Processing

하중조건은 고객사의 요청에 따라 인장강도를 기준으로 직경 ø30의 황동 환봉의 단면적과 인장강도의 곱을 하중조건으로 선정하였으며, 선정된 하중을 인발 방향에 부하하여 진행하였습니다. 구조물의 경계조건을 고려하여 Piston part와 Frame part로 구분하여 해석을 진행하였으며, 해석 신뢰도 향상을 위해 구조 불연속부위에 더 많은 메쉬를 투자하였습니다. 실린더와 피스톤의 접촉부위는 윤활이 충분하여 마찰이 없는 상태로 가정하고, 다른 부재의 접합부는 강접으로 가정하였습니다. 응력검토를 위해 피스톤 내부에 압력조건을 적용하였고, 하부 프레임과 연결되는 피스톤의 양 끝단에 6자유도 구속조건을 적용하였습니다. 프레임 상부에 피스톤에 가해지는 인장력과 상부 피스톤의 자중을 하중조건으로 적용하였으며 하단 8개 베이스 플레이트에 6 자유도 구속조건을 적용하였습니다. 
유한요소모델은 100,426개의 노드와 41,074개의 요소로 구성됩니다. 

Solving

하중 부하 시 전체 구조물, 피스톤, 하부 프레임의 최대발생 응력은 모두 항복응력 이내로 확인되었으며, 하중 부하 시 피스톤 전체의 최대 변위는 0.96857mm입니다.

Post-Processing

인발기의 피스톤에 의해 발생하는 인장력으로 인해 각 파트에 발생하는 응력을 산출하여 구조물의 안전성을 평가하였습니다. 고객사의 요청에 따라 인장강도 기준으로 산정된 구리 환봉(ø30)의 인장력은 158,962 N으로, 이를 내부 피스톤 압력과 힘의 평형을 이루는 조건으로 하중조건으로 적용하여 구조해석을 진행하였습니다. 구조해석으로 도출된 각 파트별 최대 발생응력을 항복응력과 비교하여 안전율을 산정하였고, 전체 파트의 안전율은 1 이상으로 확인되었습니다.