서로 다른 토폴로지와 상대밀도를 갖는 격자 구조의 열-유압 성능을 조사하였다. 수직 핀, 피라미드형, 테트라헤드론형 격자를 코어로 하는 AlSi7Mg 샌드위치 패널을 적층 제조를 통해 제작하였다. 각 격자 코어에 대하여 4가지 상대밀도(7.5%, 10%, 12.5%, 15%)를 고려하였다. 실험은 일정 열유속 및 정상상태 강제대류 조건에서 수행되었다. 그 결과 상대밀도의 증가는 수직 핀 격자에서 평균 누셀트 수를 3.2–12.5% 증가시켰고, 피라미드형 격자에서는 23.8–56.4%, 테트라헤드론형 격자에서는 38.8–46.9% 증가시켰다. 서로 다른 토폴로지의 효율을 평가하기 위해 고정된 펌핑 동력에서 평균 누셀트 수를 비교하였다. 실험 시료 중 피라미드형 격자가 가장 우수한 성능을 보였고, 그 다음으로 테트라헤드론형 격자가 뒤를 이었다. 수치해석은 관련된 열전달 메커니즘에 대한 추가 통찰을 얻기 위해 수행되었다. 상대밀도가 증가함에 따라 모든 시료에서 최대 유체 속도와 난류 운동에너지가 모두 증가하는 것이 관찰되었다. 수치적 결과는 상대밀도 증가에 따라 실험에서 관측된 열-유압 성능 향상이 유체의 운동량 증가 및 난류 혼합의 강화에 기인함을 보여준다.

본 논문은 기존의 전자기 성형(Electromagnetic Forming, EMF) 기법과 새로운 전자기 유압 성형(Electromagnetic Hydraulic Forming, EMHF) 접근법 간의 비교를 제시한다. EMHF는 유한요소해석을 전제로 하며, LS-DYNA를 통해 전자기(EM) 및 임의 라그랑주-오일러(Arbitrary Lagrangian-Eulerian) 기법을 결합하여 해석한다. 자유 팽윤(free-bulge) 구성에서 EMF는 성형 코일의 영향으로 인해 사각지대(dead zone)와 불균일한 성형이 발생한다. 또한 EMF는 전기 전도도가 높은 재료를 성형하는 데에만 사용할 수 있다. 반면 EMHF는 전자기장 영향을 받는 구동 시트(drive sheet)로부터 유도된 유압 압력에 의해 구동되며, 재료의 전기 전도도와 무관하고 돔(dome) 형상의 작업물을 생성한다. 직사각형 다이(rectangular die) 형상의 경우 EMF는 블랭크의 가속으로 인해 충돌(collision)에 취약하여, 튕김(bouncing)으로 인한 품질 저하가 발생한다. 그러나 EMHF는 튕김 효과가 없으며 대부분의 경우 목표 형상을 성공적으로 달성한다. 두 기술은 변형률 속도에서 차이를 보이며, EMF는 4850/s인 반면 EMHF는 약 1250/s에서 작동한다. EMHF는 더 느리지만 여전히 고속 성형 기술이다. 결론적으로, EMHF는 기존 EMF의 한계를 해결하고 성형 공정에서의 개선을 달성할 수 있는 유망한 기술이다.

전기유압식 성형(Electrohydraulic forming, EHF)은 튐(bouncing) 효과의 감소, 협소한 영역에서의 성형, 및 공시편의 전기적 전도도에 대한 영향이 없다는 점을 보여 주며, 깊은 인발(drawing) 및 전자기 성형의 한계를 극복할 수 있다. 그러나 특정 부품을 실험을 통해 성형할 수 있는 가능성을 평가하는 데 상당한 시간이 소요된다. 정확한 유한요소모델을 개발하면, 특정 부품 성형 과정에서 불필요한 시행착오를 줄임으로써 실험의 기회비용을 낮출 수 있다. 본 연구에서는 실험실에 보유한 EHF 실험 장비의 챔버(chamber), 다이(die), 공시편(blank) 구성요소를 CATIA V5R18을 사용하여 역모델링하였다. 이어서 구성요소의 IGES 형식을 LS-DYNA R12로 가져와, EHF 실험을 시뮬레이션하기 위한 FEM 모델을 구축하였다. SUS430 재료, 입력 전압, 공시편 두께를 기반으로 한 9가지 경우에 대해 실험 및 시뮬레이션 결과를 모델 검증을 위해 비교하였다. 구축된 유한요소 해석 모델에서의 모든 경우에 대한 성형 결과는 실험 결과와 거의 일치하였다. 또한 공시편 두께가 입력 전압 및 두께에 따라 선형적으로 증가함이 동시에 확인되었다. 4.3 GHz, 24-Core CPU 및 64 GB 메모리를 사용하는 계산 환경에서 1회의 유한요소 해석에 소요되는 시간은 약 1 h였다.

서로 다른 토폴로지와 상대밀도를 갖는 격자 구조의 열-유압 성능을 조사하였다. 수직 핀, 피라미드형, 테트라헤드론형 격자를 코어로 하는 AlSi7Mg 샌드위치 패널을 적층 제조를 통해 제작하였다. 각 격자 코어에 대하여 4가지 상대밀도(7.5%, 10%, 12.5%, 15%)를 고려하였다. 실험은 일정 열유속 및 정상상태 강제대류 조건에서 수행되었다. 그 결과 상대밀도의 증가는 수직 핀 격자에서 평균 누셀트 수를 3.2–12.5% 증가시켰고, 피라미드형 격자에서는 23.8–56.4%, 테트라헤드론형 격자에서는 38.8–46.9% 증가시켰다. 서로 다른 토폴로지의 효율을 평가하기 위해 고정된 펌핑 동력에서 평균 누셀트 수를 비교하였다. 실험 시료 중 피라미드형 격자가 가장 우수한 성능을 보였고, 그 다음으로 테트라헤드론형 격자가 뒤를 이었다. 수치해석은 관련된 열전달 메커니즘에 대한 추가 통찰을 얻기 위해 수행되었다. 상대밀도가 증가함에 따라 모든 시료에서 최대 유체 속도와 난류 운동에너지가 모두 증가하는 것이 관찰되었다. 수치적 결과는 상대밀도 증가에 따라 실험에서 관측된 열-유압 성능 향상이 유체의 운동량 증가 및 난류 혼합의 강화에 기인함을 보여준다.

본 논문은 기존의 전자기 성형(Electromagnetic Forming, EMF) 기법과 새로운 전자기 유압 성형(Electromagnetic Hydraulic Forming, EMHF) 접근법 간의 비교를 제시한다. EMHF는 유한요소해석을 전제로 하며, LS-DYNA를 통해 전자기(EM) 및 임의 라그랑주-오일러(Arbitrary Lagrangian-Eulerian) 기법을 결합하여 해석한다. 자유 팽윤(free-bulge) 구성에서 EMF는 성형 코일의 영향으로 인해 사각지대(dead zone)와 불균일한 성형이 발생한다. 또한 EMF는 전기 전도도가 높은 재료를 성형하는 데에만 사용할 수 있다. 반면 EMHF는 전자기장 영향을 받는 구동 시트(drive sheet)로부터 유도된 유압 압력에 의해 구동되며, 재료의 전기 전도도와 무관하고 돔(dome) 형상의 작업물을 생성한다. 직사각형 다이(rectangular die) 형상의 경우 EMF는 블랭크의 가속으로 인해 충돌(collision)에 취약하여, 튕김(bouncing)으로 인한 품질 저하가 발생한다. 그러나 EMHF는 튕김 효과가 없으며 대부분의 경우 목표 형상을 성공적으로 달성한다. 두 기술은 변형률 속도에서 차이를 보이며, EMF는 4850/s인 반면 EMHF는 약 1250/s에서 작동한다. EMHF는 더 느리지만 여전히 고속 성형 기술이다. 결론적으로, EMHF는 기존 EMF의 한계를 해결하고 성형 공정에서의 개선을 달성할 수 있는 유망한 기술이다.

전기유압식 성형(Electrohydraulic forming, EHF)은 튐(bouncing) 효과의 감소, 협소한 영역에서의 성형, 및 공시편의 전기적 전도도에 대한 영향이 없다는 점을 보여 주며, 깊은 인발(drawing) 및 전자기 성형의 한계를 극복할 수 있다. 그러나 특정 부품을 실험을 통해 성형할 수 있는 가능성을 평가하는 데 상당한 시간이 소요된다. 정확한 유한요소모델을 개발하면, 특정 부품 성형 과정에서 불필요한 시행착오를 줄임으로써 실험의 기회비용을 낮출 수 있다. 본 연구에서는 실험실에 보유한 EHF 실험 장비의 챔버(chamber), 다이(die), 공시편(blank) 구성요소를 CATIA V5R18을 사용하여 역모델링하였다. 이어서 구성요소의 IGES 형식을 LS-DYNA R12로 가져와, EHF 실험을 시뮬레이션하기 위한 FEM 모델을 구축하였다. SUS430 재료, 입력 전압, 공시편 두께를 기반으로 한 9가지 경우에 대해 실험 및 시뮬레이션 결과를 모델 검증을 위해 비교하였다. 구축된 유한요소 해석 모델에서의 모든 경우에 대한 성형 결과는 실험 결과와 거의 일치하였다. 또한 공시편 두께가 입력 전압 및 두께에 따라 선형적으로 증가함이 동시에 확인되었다. 4.3 GHz, 24-Core CPU 및 64 GB 메모리를 사용하는 계산 환경에서 1회의 유한요소 해석에 소요되는 시간은 약 1 h였다.

환경 규제로 인해 차량 경량화 기술은 자동차 산업에서 시장 경쟁력에 영향을 미치는 핵심 요인으로 최근 부상하였다. 차량 경량화를 위한 알루미늄 합금의 수요는 증가하고 있으나, 성형성이 낮아 자동차 산업에서의 적용은 제한적이다. 전자기 성형(EMF) 기술은 알루미늄 합금의 낮은 성형성을 개선하기 위한 방법으로 제안되어 왔다. EMF는 강한 전자기장을 성형 대상 소재에 가하여 물리적 접촉 없이 고속으로 금속 가공물을 성형하는 기술이다. 본 연구에서는 전자기 성형의 특성에 대한 해석적 연구를 수행하였다. 일반적인 도면(가공) 공정과 동일한 모델로 유한요소해석을 수행하였으며, 성형 공정, 성형성(formability), 그리고 유한요소해석 결과를 비교하였다. 유한요소해석 결과를 통해 EMF 공정은 다이 어깨와 중심에서 현저한 변형이 나타남을 확인하였다. 또한 EMF는 도면 공정에 비해 시트 유입량이 적어 성형성 측면에서 유리하나, 성형 정밀도는 낮다.

한국정밀공학회지(JKSPE)는 정밀공학 및 제조의 모든 측면에 관하여 높은 윤리적 기준을 바탕으로 독창적인 연구 논문을 게재하는 데 전념하고 있다. 특히, 이 학술지는 기계공학 또는 다학제적 접근에 근거한 엄격한 분석과, 새로운 실험 방법, 예측 모델링 기법을 활용한 선진 연구에서 비롯된 창의적 해결책의 적용을 통해 기계와 제조 공정의 정밀도를 향상시키는 것과 관련된 논문에 초점을 둔다. 한국정밀공학회지(JKSPE)를 통해 확산될 것으로 기대되는 지식의 성과는 향상된 신뢰성, 더 나은 운동 정밀도, 높은 측정 정확도, 그리고 정밀 시스템의 충분한 신뢰성을 포함한다, 한국정밀공학회지