적층 제조를 위한 금속 응고 모델 개발 및 Al – Si 합금에서의 응용

학위논문(석사) -- 서울대학교대학원 : 공과대학 재료공학부, 2023. 2. 정인호.금속 분말을 활용한 적층 제조 기술은 현재 많이 각광을 받고 있는만큼 그 물성의 예측에도 많은 관심을 기울이고 있다. 이를 위해서는, 제조 조건과 합금의 조성에 따라 미세구조가 어떻게 형성되는지를 예측해야 한다. 따라서, 본 연구에서는 다양한 응고 이론과 CALculation of PHAse Diagram (CALPHAD) 계산을 기반으로 적층 제조, 그 중에서 선택적 레이저 용융법에 적용될 수 있는 급속 응고 모델을 개발했다. 개발된 모델은 Rosenthal equation을 통해 계산한 응고 인자들과 한 개의 피팅 파라미터를 통해 primary dendrite arm spacing (PDAS), 일차상 분율, 그리고 용질 분포를 예측할 수 있다. 모델의 유효성을 확인하기 위하여 Al-12Si single track 실험을 했고, 그 외에도 다른 다양한 문헌 자료들을 사용했다. PDAS 모델의 경우 기존의 모델보다 예측 값이 훨씬 정확함을 확인했으며, 더 다양한 경우에 모델을 적용하기 위해 아공정 Al-Si 합금에 대해 피팅 파라미터와 초기 농도 사이의 실험 관계식도 알아냈다. 추가적으로, 더 높은 활용도를 위해 모델 결과값으로 PDAS와 냉각 속도 간의 관계식을 유도했다. 그 뿐만 아니라, 본 연구에서 처음으로 만들어진 급속 응고에 적용 가능한 미세 편석 모델을 통해 일차상 내부의 용질 농도 및 상분율을 정확하게 예측할 수 있었다.The prediction of the as-additive manufactured microstructure of alloys depending on the processing parameters and alloy composition is indispensable for the precise control of mechanical properties of the products. In the present study, a rapid solidification model that can be applied to selective laser melting (SLM) is developed by combining various solidification theories and CALculation of PHAse Diagram (CALPHAD) thermodynamic calculations. Using solidification parameters that are determined by Rosenthal equation and a single fitting parameter, the primary dendrite arm spacing (PDAS), primary cell fraction, and solute profile can be predicted in the present model. Single track experiments for Al-12Si binary alloy were also performed under various processing conditions. Using the literature data and the present experimental results, the accuracy of the model for the Al-Si alloy was validated for each part. In case of PDAS model, estimated values were much better than conventional one. To apply our model in a wider range, empirical relationship between fitting parameter and initial concentration was derived for hypo – eutectic case. Also, for practical applications, universal equation between PDAS and cooling rate was suggested. Microsegregation model, which was reported for the first time, was able to predict average solute concentration and phase fraction in a reasonable range.Chapter 1. Introduction 1 1.1 Research Objective 1 1.2 Organization 2 Chapter 2. Rapid Solidification Theories 3 2.1 Rapid Soldification Theories for Basic Parameters 3 2.2 Existing PDAS Model 6 2.3 Existing Microsegregation Model 9 Chapter 3. Model Explanation 15 3.1 Thermal Profile in Melt Pool and Solidification Parameters 15 3.2 Primary Dendrite Arm Spacing (PDAS) 17 3.3 Microsegregation 21 Chapter 4. Experimental 30 4.1 Powder Selection 30 4.2 Single Track Experiment and Post-Processing 31 4.3 Microstructure Observation and Measurement - SEM 32 4.4 Microstructure Observation and Measurement - TEM 33 Chapter 5. Results and Discussion 40 5.1 Microstructures of Single Track SLM 40 5.2 PDAS Model 41 5.3 Microsegregation Model 45 Chapter 6. Conclusions 64 6.1 Summary 64 6.2 Original Contribution to Knowledge 66 6.3 Future Works 67 Appendix 68 Appendix 1. Review of Rosenthal Equation 68 Appendix 2. Effect of Thermal Diffusivity 69 Appendix 3. Scheil Cooling Assumptions 70 Appendix 4. Solidification Velocity vs Undercooling 71 References 74 Abstract 81석

기업범위와 국가혁신시스템의 성과에 관한 모형 : 팹리스 생태계와 한국, 대만의 특화에 관한 역사친화적 모형

Thesis(doctors) --서울대학교 대학원 :경제학부(경제학 전공),2009.8.Docto

Switching costs, network externality and evolution of industry : co-existence of multiple standards

Thesis (master`s)--서울대학교 대학원 :경제학부,2003.Maste

(The) application of remote sensing in quantifying the effect of green areas on urban temperature decrease : focusing on Seoul metropolitan area

학위논문(석사) --서울대학교 대학원 :생태조경·지역시스템공학부(생태조경학전공),2009.8.Maste

경계적분방정식을 이용한 구조물의 아이소-지오메트릭 배치 설계민감도 해석 및 최적설계

학위논문 (박사)-- 서울대학교 대학원 : 산업·조선공학부, 2015. 2. 조선호.본 논문에서는 경계적분방정식을 이용한 아이소-지오메트릭 배치 설계민감도가 유도되었고, 이 방법론은 오리엔테이션 효과와 고차원의 기하 정보를 고려하여 기존 유한 요소 기반 기법에 비해 설계민감도의 정확성을 개선시켰다. 그리고 위상 변화를 가능하게 하는 조정점에 의한 진전 방정식을 이용한 아이소-지오메트릭 배치 최적화 기법이 개발되었다. 이와 더불어 설계매개화가 필요하지 않았고, 정확한 오리엔테이션 설계 속도장이 점별로 구해졌다. 아이소-지오메트릭 방법론은 NURBS 기저함수를 해석에 그대로 이용한다는 편리성에서 기존 유한요소기반 방법론에 비해 많은 수치적 장점을 가지고 있다. 하지만 CAE와 CAD를 완벽하게 연결시켜주지는 못하며 이에 때때로 영역기반 해석에 부적합한 모델을 생성하기도 한다. 이를 위한 대안으로 본 논문에서는 CAD에 친화적이고 아이소-지오메트릭 개념에도 적합한 경계적분방정식 방법론이 사용되었다. 경계적분 방정식을 이용한 설계민감도를 구할 때에는 설계 변경에 따른 오리엔테이션 효과를 고려하는 것이 필수적인데 이것은 수치예제를 통해 그 효과 자체가 작지 않음이 확인되었다. 결과적으로는 배치설계민감도를 고려하는 것과 동시에 아이소-지오메트릭 방법론을 이용하는 것이 기존의 유한요소기법 기반 형상 설계민감도에 비해 각각 더 설계민감도 정확성을 개선시킬 수 있음이 확인되었다. 일반 아이소-지오메트릭 방법론에서는 텐서곱 특성으로 인해 위상 변화를 나타내기 힘들다. NURBS 기저 함수를 이용한 레벨셋 방법론이나 위상-필드 모델에 단순 결합하는 것에서 위상 변화를 기대할 수 있겠으나 NURBS로 표현되는 정확한 경계를 직접적으로 이용할 수 없다는 단점이 있다. 이에 본 논문에서는 고정된 격자에서 위상변화를 표현하는 레벨셋의 특징을 이용하여 조정점의 변화로 표현되는 진전 방정식을 이용한 아이소-지오메트릭 최적화 방법론이 개발되었다. 그리고 이것은 결과적으로는 아이소-지오메트릭 프레임웍 내에서의 위상변화 가능성을 보여주는 것이라 할 수 있다. 수치예제를 통해서 고정된 격자 위에서의 아이소-지오메트릭 배치 설계민감도와 이를 이용한 진전방정식 기반 아이소-지오메트릭 배치 최적기법의 적절함이 검증되었다.In the thesis, two main topics are investigated. First, isogeometric configuration design sensitivity analysis (DSA) using boundary integral equation (BIE) is derived. This developed method shows improvement of the design sensitivity accuracy compared to conventional BIE shape DSA by considering orientation effect and also exact high order geometric information. Second, evolution-based isogeometric configuration optimization method is developed, which updates the evolution equation with respect to control point that enables the topological variation. Furthermore, no parameterization is needed and point-wise exact orientation velocity fields are obtained. The isogeometric method is an emerging method that has numerous advantages over the classical finite element method due to its convenience of basis functions generated from NURBS (Non Uniform Rational B-Spline). However, isogeometric analysis is not always able to bridge the gap perfectly between computer aided engineering (CAE) and computer aided design (CAD). This is because the CAD system focuses on geometric representation only and it sometimes gives incompatible isogeometric analysis model which has a non-water tight, trimmed surface. In order to overcome these difficulties, boundary integral equation method is adopted, which is more suitable in isogeometric concept and CAD friendly. In deriving design sensitivity equation in boundary integral equation, the consideration of orientation effect is essential according to the variation of design. The contribution of orientation changes in design sensitivity analysis is verified and its portion is absolutely not negligible. Consequently it shows that by considering the configuration design sensitivity, accuracy of the design sensitivity analysis is improved compared to the conventional BIE shape DSA. Also, using isogeometric approach, higher order geometric information is exactly preserved in BIE design sensitivity analysis yielding better accuracy than the finite element approach. In conventional isogeometric approach, it is not easy to represent topological changes due to the tensor product nature. A simple application of NURBS basis function to level set method or phase field model could lead to topological variation but it does not use exact boundary from NURBS. By using the ability of level sets to express topological variation on fixed grids, an evolution equation, which is updated via control point changes, based isogeometric optimization is proposed. It shows feasibility of topological changes in isogeometric framework. In this research, isogeometric configuration DSA on fixed grids is developed and verified through numerical examples. Furthermore, by extending this to optimization, where the evolution equation is updated with respect to control point variations, the feasibility of topological variation in isogeometric approach is shown.Abstract i Table of Contents iv List of Tables vii List of Figures viii Nomenclature xi Chapter 1. Introduction 1 1.1 Motivation 1 1.2 Literature survey 6 Chapter 2. Isogeometric Boundary Integral Equation Analysis 12 2.1 NURBS basis function 12 2.2 Imposition of boundary conditions 15 2.3 Boundary integral equation (BIE) method 17 2.4 Isogeometric BIE analysis 24 Chapter 3. Isogeometric Configuration Design with BIE 31 3.1 Configuration design sensitivity analysis (DSA) 31 3.1.1 Shape derivative 31 3.1.2 Orientation derivative 34 3.1.3 Isogeometric configuration DSA with BIE 37 3.2 Configuration design optimization 44 3.2.1 Design parameterization 44 3.2.2 Mesh regularization 49 3.2.3 Isogeometric configuration design optimization with BIE 56 Chapter 4. Evolution based Isogeometric Configuration Design with BIE 60 4.1 Configuration DSA on fixed grids 61 4.1.1 Convective derivative 61 4.1.2 Isogeometric configuration DSA on fixed grids with BIE 64 4.2 Evolution based configuration design optimization 67 4.2.1 Level sets for implicit geometry 67 4.2.2 Active contours of parametric geometry 72 4.2.3 Least square approximation for geometric parameterization 74 4.2.4 Dual evolution scheme 76 4.2.5 Evolution based isogeometric design optimization with BIE 84 Chapter 5. Numerical Examples 90 5.1 Isogeometric BIE analysis 90 5.1.1 Accuracy comparison with exact solution 90 5.1.2 Convergence test with various numerical methods 93 5.2 Isogeometric configuration design with BIE 96 5.2.1 Comparison of shape and orientation contributions 96 5.2.2 Verification of general variation 105 5.2.3 Convergence test with finite element BIE method 109 5.2.4 Isogeometric configuration design optimization 114 5.3 Evolution based isogeometric configuration design with BIE 133 5.3.1 Verification of configuration variation on fixed grids 133 5.3.2 Evolution based configuration optimization 135 Chapter 6. Conclusions and Future Works 141 6.1 Conclusions 141 6.2 Future works 142 Bibliography 146 초 록 150Docto

A study on visual tracking for corner points of 3D moving object

학위논문(석사) - 한국과학기술원 : 자동화 및 설계공학과, 1994.8, [ iii, 66 p. ]한국과학기술원 : 자동화 및 설계공학과