상용소프트웨어의 쿨롱마찰법칙에 관한 비교 연구

1) 경상대학교 기계공학과 대학원

2) 경상대학교 기계공학부

#) 경상대학교 기계공학부/공학연구원

E-mail:msjoun@gnu.ac.kr

조재민1), 정재봉2), 조수민2), 전만수3 #

www.afdex.com

AFDEX

Korean Society for Technology of Plasticity

목차

▣ 서 론

▣ 결론

⊙ 연구배경 및 목적

▣ 본 론

⊙ 문헌조사

⊙ 해석조건

⊙ 해석결과

⊙ 상용 소프트웨어와 마찰법칙

연구배경 및 목적

⊙ 다양한 상용 소프트웨어의 마찰계수에 따른 고찰

○ Deform 2D

○ 최근 소성가공 시뮬레이션 기술의 보편화가 이루어지고 있으며, 유동응력과 함께 마찰정보가 중요한 시뮬

레이션 정보로 인식됨.

○ 마찰은 소성유동과 금형의 마모에 중요한 영향을 미치며, 바람직한 공정해석을 위해서 적절한 마찰을

결정해야 함.

⊙ 참고 문헌

1) M. S. Joun, H. G. Moon, I. S. Choi, M. C. Lee, B. Y. Jun, 2009, Effects of friction laws

on metal forming processes, Tribology International, Vol. 42, pp. 311∼319.

2) M. S. Joun, 1999, Iterative and non-iterative schemes for coulomb frictional law in

metal forming simulation and their numerical characteristics, Commun. Numer.

Methods. Eng., Vol. 15, pp. 515∼525.

3) T. Hatzenbichler, 2012, Deviation of the results obtained from different commercial

finite element solvers due to friction formulation, Tribology International, Vol. 49, pp.

75∼79.

○ Abaqus/Standard ○ Forge 2007 ○ Simufact ○ AFDEX 2D

문헌조사

T. Hatzenbichler, 2012, Deviation of the results obtained from different commercial finite

element solvers due to friction formulation, Tribology International, Vol. 49, pp. 75∼79.

⊙ 링압축 공정을 대상으로 동일한 조건하에서 상용 소프트웨어의 해석결과를 비교함.

해석 조건 -금형

⊙ 금형 해석조건

종류 속도 마찰법칙 마찰계수

Upper die -10mm/s Coulomb 마찰법칙 0, 0.05, 0.1, 0.15, 0.2, 0.3, 0.4, 0.5

Lower die - Coulomb 마찰법칙 0, 0.05, 0.1, 0.15, 0.2, 0.3, 0.4, 0.5

⊙ 공정도

Upper die

○ Before ○ After

Lower die

15mm (di)

30mm

Ax

ial

sym

met

y

10

mm

do

Upper die

Lower die

5 m

m

⊙ 소재 해석조건

Material Initial temperature Number of elements

SCM440 1200 °C 7,500

해석 조건 -소재

⊙ 소재 해석조건

Material Number of elements

SCM440 7,500

℃

0.0100 800 181.47 0.1057

0.2750 800 289.05 0.1057

0.6125 800 290.02 0.1058

0.8000 800 288.77 0.1057

0.0100 880 137.98 0.1210

0.2750 880 219.56 0.1209

0.6125 880 220.23 0.1208

0.8000 880 219.16 0.1208

0.0100 960 105.01 0.1360

0.2750 960 166.84 0.1360

0.6125 960 167.10 0.1362

0.8000 960 166.32 0.1362

0.0100 1040 79.86 0.1513

0.2750 1040 126.73 0.1520

0.6125 1040 126.87 0.1514

0.8000 1040 126.20 0.1514

0.0100 1120 60.75 0.1664

0.2750 1120 96.26 0.1664

0.6125 1120 96.31 0.1665

0.8000 1120 95.81 0.1665

0.0100 1200 46.19 0.1818

0.2750 1200 73.09 0.1818

0.6125 1200 73.12 0.1818

0.8000 1200 72.73 0.1818

⊙ 소재 종류 : SCM440

10

mm

7.5 mm

Element length Initial temperature

0.1 mm 1200 °C

○ Initial C m

해석 결과- Metal flow

⊙ Flow line

○ Initial

○ μ=0

○ μ=0.1

○ μ=0.2

○ 75% reduction ○ 50% reduction

해석 결과- Metal flow

⊙ Flow line ○ 75% reduction ○ 50% reduction

○ μ=0.3

○ μ=0.4

○ μ=0.5

○ Initial

해석 결과- Effective strain

○ μ=0.1

○ μ=0.2 ○ μ=0.3

○ μ=0.4 ○ μ=0.5

0

0.25

0.50

0.75

1.00

1.25

1.50

1.75

2.00

2.25

2.50

해석 결과 비교- Hatzenbichler et al.

○ Abaqus/Standard

○ Forge 2007

○ Simufact

○ Deform2D

○ AFDEX 2D

○ 원본그림

○ Scale 수정

μ=0.1

μ=0.1

μ=0.1

μ=0.1

μ=0.1

해석 결과

○ 이론값 : , r1 =10.6066mm

AFDEX 2D 측정값: r1=10.6068mm

1 2iir r

⊙ μ=0 일때

○ 이론값 : , r1 =21.2132mm

AFDEX 2D 측정값: r1=21.2136mm

1 2ior r

10.6068mm 21.2136mm

⊙ μ=0, 0.05, 0.1, 0.11, 0.12, 0.13 ,0.14 ,0.15, 0.2, 0.3, 0.4, 0.5

○ AFDEX2D

μ=0.11

μ=0.12

μ=0.13

μ=0.14

μ=0.15

r1 r2

7.5iir mm

ior

15.0iir mm

iir

μ=0 μ=0

해석 결과

⊙ Load(N) vs Stroke(s)

Stroke (s)

Lo

ad

(N)

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.50

20000

40000

60000

80000

100000

120000

Upper die

Lower die

111143.70 N

해석 결과

⊙ Interfacial stress (μ=0.1)

○ 75% reduction ○ 50% reduction

μ=0.099 μ=0.101 μ=0.098

○ 평균값: μ=0.098

μ=0.099 μ=0.096

μ=0.101 ⊙ Nodal force(μ=0.1)

n

t

tt

nt

tg

a

vvtg

tg

)(

)(tan

2)(

)(

1

⊙ Coulomb 마찰법칙

해석 결과-Deform

○ Deform 10.2

○ Deform 2D

(Hatzenbichler et al.)

해석 결과-AFDEX & Deform

○ Deform 10.2

○ AFDEX 2D

⊙ 링압축 공정을 대상으로 상용 소프트웨어의 쿨롱마찰법칙을 비교함.

⊙ Hazenbichler 등이 연구한 문헌에서는 동일한 마찰조건 하에서 예측한 각 소프트웨어의 결과

가 비교적 큰 차이를 보임. 그러나, 본 논문에서 연구한 AFDEX 2D와 Deform 10.2 에서는 유사

한 결과를 얻었음

⊙ 해석결과의 차이는 소재의 물성치, 금형과 소재의 상대속도 처리 방법, 마찰응력 계산 방식,

마찰 관련 반복 계산 루프의 수렴방식 등이 영향을 미침 . 또한 , 소프트웨어 사용자의

숙련도와 경험에 영향을 받음.

결론