유한요소해석을 이용한 이종소재 SPR접합품질 평가

초록

최근 자동차 산업의 환경규제와 충돌규제가 강화되고 있으며, 여러 규제에 부합하기 위한 방안으로 차량경량화에 대한 많은 연구가 진행되고 있고, 알루미늄이나 복합재 같은 경량소재를 차체에 접합하기 위한 접합방법에 대한 연구가 필수적이다. SPR(Self-Piericng Rivet) 접합방법은 접합공정 시 사전 홀 가공이필요 없으며 서로 다른 성질을 가진 소재를 접합하는데 용이한 친환경적 기계적 체결방법이다. 접합공정시 소재의 종류, 리벳의 형상, 다이의 형상 등 다양한 요인으로 인해 체결량(Interlock)이 달라지며 접합품질에 영향을 미친다. 하지만 시험을 통해 여러 변수들을 바꿔가며 이상적인 접합조건을 찾는 것은 많은시간과 비용이 필요로 한다. 본 연구에서는 SPR공정을 전산모사하여 단면형상을 분석하고, 실제 시험과비교하여 신뢰성 검증을 진행하였고, 전단인장 모사 해석을 통해 접합강도를 예측하였다. 전산모사해석의 신뢰성을 높이기 위해 실제 접합판재의 기초물성시험을 진행하였고 리벳의 상판을 관통을 예측하기 위해 Shear, uniaxial 파단모드를 유도하는 시편의 시험결과를 이용한 파단기준모델을 도출하였다. 리벳은 중공 원통형으로 가공 후 압축하였으며 역해석 방법을 이용하여 얻은 물성을 해석에 적용하였다. 결과적으로 SPR공정해석을 통하여 시험과 유사한 단면특성결과를 얻었으며, 유한요소해석을 이용한 SPR공정의 단면 형상 분석과 접합강도 예측, 여러 공정변수에 따른 영향을 분석, 활용 할 수 있음을 확인하였다.