여러 에너지원을 이용해 응력을 경감하는 방법과 장치

여러 에너지원을 이용해 응력을 경감하는 방법과 장치{METHODS AND APPARATUS FOR STRESS RELIEF USING MULTIPLE ENERGY SOURCES}

본 발명은 구조적 물성 변경분야에 관한 것으로, 구체적으로는 2개 이상의 에너지원을 이용해 구조적 물성을 변경하는 방법과 장치에 관한 것이다.

많은 부품들은 흔히 열처리, 용접 등의 다양한 기계적, 열적 처리단계들을 이용해 제작되고, 이들 처리단계에서 재료 내부에 기계적 응력이 생긴다. 제조된 부품에 잔류하는 잔류응력은 피로수명, 부식성, 강도에 악영향을 미침이 발견되었고, 특히 용접부 부근은 응력문제가 심각하다고 밝혀졌다. 많은 기계류와 구조체에서, 구성부품들은 일부는 내하중성이나 내식성에 있어서 조기 열화를 겪고, 또 제작이나 용접후의 잔류 내부응력에 의한 돌발고장을 겪을 수 있다. 또, 부품의 수지리나 교체에 많은 비용이 소요된다.

국부적 잔류응력은 응력부식, 피로, 조기 과부하 균열로 인한 고장을 가속할 수 있다. 이런 고장은, 교량, 비행체, 선체, 배관, 액체저장탱크, 철로, 반응용기를 포함한 많은 구조에서 일어날 수 있다. 대형 구조물의 내부응력을 경감하거나 줄이는 것은 어려운 일인데, 특히 구조가 원거리에 있을 경우 그렇다. 예를 들어, 원격지에서 배관을 용접하여 송유관을 만들 때, 또는 교량, 선박, 비행기의 구조적 요소들을 용접, 성형 또는 조립할 때 응력이 발생할 수 있다. 대형 및 소형 구조에 대해, 이 구조의 조기열화나 고장은 잔류 내부응력에 기인할 수 있다. 용접된 부품들의 내구성과 성능은 피로수명과 내식성을 낮출 수 있는 내부응력의 영향을 받는다. 용접은 고온을 일으켜, 결합에 사용되는 용접봉이나 기타 필러금속을 용융시킨다. 표면을 결합하는 기초금속도 용접중에 융점까지 가열된다. 용접선 부근의 열구배는 판의 미세구조에 영향을 준다. 열구배는 용접선을 따른 잔류응력의 주요 원인이고, 기초재료에 비해 열 구역에서 기계적 물성의 악화와 내식성 감소의 원인이 된다. 또, 용접, 특히 두께가 다른 것들을 결합하는 용접의 경우, 변하는 열구배를 조정하려고 하기 때문에 심각한 내부응력을 일으킨다.

따라서, 제작이나 용접공정중에 또는 그 이후 사용되는 부품들의 내부응력을 경감시키는 기술이 개발되었다. 그러나, 종래의 응력경감 과정들은 대개 시간이 많이 들고, 장기간에 걸쳐 응력부에 에너지를 적용해야만 했다. 제작시, 응력경감 과정이 길면 전체 제작시간, 생산량 및 에너지의 관점에서 비용이 많이 든다. 시간과 에너지는 당 분야의 응력경감 구조에 중요한 고려사항이다. 예를 들어, 비행기의 응력경감 작업을 하려면, 비행기를 착륙시켜야 한다. 장거리 배관, 선박, 비행기 등의 대형 구조물의 경우, 응력경감 작업을 위한 에너지를 현장까지 공급해야만 하는데, 이렇게 시간이 소요되는 종래의 응력경감 기술은 특히 비용이 많이 든다. 따라서, 제조부품 및/또는 용접구조의 응력을 경감하는 개선된 응력경감 기술과 시스템이 필요하다.

도 1은 본 발명에 따라 여러가지 에너지를 동시적용해 구조의 물성을 변경하는 방법의 순서도;

도 2a는 본 발명에 따른 제1 에너지 유형의 1차 속도관계 곡선을 보여주는 그래프;

도 2b는 본 발명에 따른 제2 에너지 유형의 1차 속도관계 곡선을 보여주는 그래프;

도 3a는 본 발명에 따른 구조의 응력경감 방법을 보여주는 순서도;

도 3b는 도 3a의 응력경감 방법을 더 자세히 설명하는 순서도;

도 4a는 본 발명에 따라 7055-T7 알루미늄 구조의 응력경감을 위해 열에너지를 적용한 LM 관계 곡선을 보여주는 그래프;

도 4b는 본 발명에 따라 7055-T7 알루미늄 구조의 응력경감을 위해 진동에너지를 적용한 LM 관계 곡선을 보여주는 그래프;

도 4c는 본 발명의 여러 특징들을 실행하는 구조의 응력경감을 위한 시스템의 블록도;

도 4d는 종래의 기술에 따라 처리된 샘플과 본 발명에 따라 처리된 샘플구조의 응력경감 결과를 비교하는 그래프;

도 5는 본 발명에 따라 복합 1차 속도관계를 이용해 구조의 물성을 변화시키는 다른 방법의 순서도.

발명의 요약

다음은 본 발명의 몇가지 특징에 대한 기본적 이해를 돕기 위한 요약이다. 이 요약은 본 발명의 전체 개관은 아니고, 본 발명의 주요 요소와 본 발명의 범위를 확인하기 위한 것도 아니다. 단지, 본 발명의 개념을 후술하는 상세한 설명에 앞서 간단히 소개하기 위한 것이다. 본 발명은 구조에 여러가지 에너지를 동시에 적용하여 구조의 물성을 변화시키는 기술과, 구조에 여러가지 에너지원을 동시 적용하기 위한 조작설정들을 결정하는 방법에 관한 것이다.

본 발명에 따라 여러가지 에너지를 동시에 공급하면 관심 물성을 변화시키는데, 예컨대 종래의 기술에 비해 제작된 부품이나 다른 구조의 잔류 내부응력을 낮추는데 필요한 시간 및/또는 에너지를 상당히 줄이는 장점이 있다. 본 발명은 열처리나 노화를 포함한 고체확산분야, 금속의 표면확산처리(예; 산질화, 질화, 침탄담금질 등), 금속정련, 배터리 제작, (반도체 제작시 처리속도를 높이거나 온도를 낮추기 위한) 반도체 도핑, 또는 재료에 원자를 확산시키는데 시간이 소요되는 다른 기술 등의 분야에 유용함이 밝혀졌는데, 반드시 이들 분야에 한정되는 것은 아니다. 본 발명은 또한, 삼투막(예; 정수, 화학적 분리 등), 액체 크로마토그래피(예; 화학약품 분리 등), 화학적 혼합 등을 포함한 액체확산 분야에도 이용될 수 있는데, 반드시 이들 분야에 한정되는 것은 아니다.

본 발명에 따른 방법은 구조의 물성을 변화시키는데, 물성에는 크리프율, 크리프, 변형율, 응력, 잔류응력, 내부응력, 노화, 혼합, 막을 통환 운동, 기타 아레니우스형 1차 속도방정식에 따라 제어가능한 물성이 포함된다. 이 방법은 조작설정에 따른 제1 에너지과정을 실시하여 구조에 제1 에너지 유형을 공급하는 단계를 포함한다. 조작설정 및/또는 시간값은 제1 에너지과정의 1차 속도관계, 제2 에너지과정의 1차 속도관계, 및 구조에 대한 원하는 물성값에 따라 선택된다. 일례로, 물성은 내부응력이고, 원하는 물성값은 잔류 내부응력값과 내브응력 감소값중 하나이다. 제1 에너지과정의 관계는 구조에 대한 제1 에너지 유형의 적용과 구조의 물성을 관련지우고, 제2 에너지과정의 관계는 구조에 대한 제2 에너지유형의 적용과 물성을 관련지운다. 본 발명은 또한 구조의 활성에너지 이상의 에너지 레벨로 구조에 대한 제2 유형의 에너지를 공급하는 단계를 더 포함하는데, 제1, 제2 에너지 유형들은 일정 시간값 동안 동시에 공급된다.

제1, 제2 에너지 유형들은 구조에 적용되는 임의의 에너지 유형일 수 있다. 일례로, 제1 에너지 유형은 열이고, 제2 에너지 유형은 기계적 진동과 같이 시간에 따라 변하는 것이다.

1차 속도관계는 구조에 대한 열/진동 에너지의 적용과 관심 물성을 관련지우는 LM(Larson-Miller) 관계 곡선일 수 있다. 제1 LM 변수는 원하는 물성값에 대응하는 제1 LM 관계에 따라 결정되고, 제2 LM 변수는 원하는 물성값에 대응하는 제2 LM 관계에 따라 결정된다. 예를 들어, 제1 LM 변수는 제1 LM 관계(LM 곡선 등)에 따라 결정되고, 원하는 잔류 내부응력값은 제1 LM 곡선의 Y축에서 선택되며, 대응 변수(P) 값은 X축(P1)에서 선택된다. 제2 LM 변수는 제2 LM 관계(제2 LM 곡선 등)에 따라 결정되는데, 제2 LM 곡선의 Y축에서 원하는 내부응력값을 찾고, 대응 제2 변수(P2) 값을 X축에서 찾는다. 제3 LM 변수(P3)는 제1, 제2 LM 변수들(P1, P2)을 감산하여 결정될 수 있다(예; P3=P1-P2).

다음, 제1 에너지유형을 구조에 적용하기 위한 1차 관계를 이용해 제3 변수(P3)에서 조작설정과 시간값을 선택한다. 조작설정과 시간값중 하나는 예컨대, 구조적 조건, 장비조건, 경제성 등을 기초로 구조에 제1 에너지 유형을 적용하도록 선택된다. 다음, (P1, P2를 기초로 한) 제3 변수(P3), 제1 LM 관계, 및 앞에서 선택한 값에 따라 다른 값을 결정하거나 선택한다. 예를 들어, 가열장비 조건, 구조적 재료의 물성 등을 기초로 온도값을 선택하고, 이어서 사전선택된 온도값과 제3 변수를 이용해 1차 속도방정식을 풀어 시간값을 결정한다. 한편, 시간값을 먼저 선택한 다음, 시간값, 제1, 제2 변수 및 1차 속도방정식에 따라 온도설정을 결정할 수도 있다.

본 발명의 다른 특징에 따르면, 여러가지 에너지를 하나의 구조에 동시적용하기 위한 조작설정들을 결정하는 방법이 제공된다. 이 방법은 구조에 대한 제1 에너지 유형의 적용과 물성을 관련지우는 제1 에너지과정의 1차 속도관계와 구조의 원하는 물성에 따라 제1 변수를 결정하는 단계를 포함한다. 제2 변수는 원하는 물성값과, 구조에 대한 제2 에너지 유형의 적용과 물성을 관련지우는 제2 에너지과정의 1차 속도관계에 따라 결정된다. 제1 에너지과정의 시간값이나 조작설정은, 예컨대 구조적조건, 장비조건, 경제성 등을 고려해 선택된다. 나머지 시간값이나 조작설정은 제1, 제2 변수(또는 제1, 제2 변수들의 관계에 의한 제3 변수), 제1 에너지과정의 1차 속도관계, 및 앞서 선택된 시간값이나 조작설정에 따라 선택된다. 이 방법은 제1, 제2 에너지과정들에 대한 1차 속도관계들을 결정하는 단계를 더 포함한다.

본 발명의 또다른 특징에 의하면, 두가지 이상의 에너지를 동시에 적용해 구조의 물성을 변화시키는 방법, 구조에 대한 여러가지 에너지의 동시적용을 위한 조작설정을 결정하되 여러가지 에너지에 대한 복합 1차 속도관계를 채택하는 방법, 및 구조의 물성을 변화시키도록 여러가지 에너지를 동시 적용하는 시스템을 제공한다. 이들 방법에서, 1차 속도관계는 구조에 대한 제1, 제2 에너지유형의 동시적용과 구조의 물성 사이의 관계에 특징이 이ㅆ다. 조작설정들은 원하는 물성값에 대응하는 변수를 결정하고, LM 변수로부터 하나 이상의 설정을 유도하여 선택된다.

이제, 첨부 도면들을 참조하여 본 발명에 대해 자세히 설명한다.

이하 첨부 도면들을 참조하여 본 발명에 대해 자세히 설명하는데, 동일한 요소에는 동일한 부호를 사용한다. 본 발명은 현존하는 여러가지 에너지를 이용해 응력을 경감하거나 구조적 물성을 변경하는 방법은 물론, 다수의 에너지원의 조작설정을 결정하는 방법에 관한 것이다. 본 발명은 제작된 부품, 다수 부품의 조립체 등의 구조물의 응력 경감에 특히 유용한데, 열에너지와 시간에 따라 변하는(시변) 한가지 이상의 에너지를 이용해 종래의 응력경감 기술로는 얻을 수 없었던 일시적 응력경감을 촉진할 수 있다. 그러나, 본 발명은 1차 속도방정식에 따라 모델화될 수 있는 모든 물성 변동 과정에 이용될 수 있고, 여러가지 에너지나 에너지원을 이용해 내부응력이나 잔류응력 등의 물성 변화를 가속화할 수 있다. 이와 관련해, 본 발명은 여기서 설명한 특정 예에 한정되지 않음을 알아야 한다.

도 1, 2a, 2b에 따르면, 도 1에는 본 발명에 따라 여러가지 에너지를 동시에 적용해 구조적 물성을 바꾸거나 변경하는 대표적인 방법(2)을 보여준다. 이 방법(2)과 본 발명의 다른 방법에 대해 예시된 행동이나 이벤트 순서를 예로 들어 이하 설명하겠지만, 본 발명은 이들 행동이나 이벤트에 한정되지 않는다. 예를 들어, 어떤 행동들은 본 발명에 따라 여기서 설명하거나 예시된 것과는 다른 행동이나 이벤트 순서로 일어날 수 있다. 또, 예시된 모든 단계들이 본 발명에 따른 방법으로 구현될 필요도 없다.

이 방법(2)은 6-8에서의 2가지 에너지 적용과정, 10-14의 다른 에너지에 대한 1차 속도 관계와 1차 속도변수(P)의 상관관계, 16-18에서의 조작설정 및 시간값 설정 선택, 및 22에서의 여러가지 에너지 적용을 특징으로 한다. 주의할 것은, 본 발명이 일면으로는 여기서 설명되는 상관관계, 설정선택, 에너지 적용을 포함한 방법을 제공하되, 본 발명의 다른 방법은 이들 모든 행동을 필요로하지 않는다는 것이다. 예를 들어, 본 발명은 방법 2에서 설명한 행동만을 필요로 할 수 있는 구조적 물성을 변경하는 방법을 제공한다. 본 발명은 또한 방법 2에서 설명된 모든 행동을 필요로 하지 않는 여러가지 에너지의 동시 적용을 위한 조작설정을 결정하는 방법을 제공하기도 한다.

4에서 시작하여, 제1 에너지과정에 대한 1차 속도 관계가 6에서 결정되고, 제2 에너지 과정에 대한 다른 1차 속도관계가 8에서 결정된다. 6, 8에서 결정된 1차 속도관계들은 곡선으로서, 일련의 데이타 포인트들을 곡선화하여 생긴 수식표현이거나, 또는 Larson-Miller 관계 등을 포함한 관심 물성과 구조에 대응하는 에너지 유형의 적용 사이의 특정 관계의 표현이다. 따라서, 6에서 결정된 1차 속도관계는 구조에 대한 제1 에너지 유형의 적용과 이 구조의 물성에 관한 것이고, 8에서 결정된 1차 속도관계는 구조에 대한 제2 에너지 유형의 적용과 물성 사이의 관계를 특징으로 한다. 도 2a는 제1 에너지 유형에 대한 대표적인 1차 속도관계 곡선을 보여주는 그래프(31), 도 2b는 본 발명에 따라 제2 에너지 유형에 대한 대표적인 1차 속도관계곡선을 보여주는 그래프(32)이다.

1차 속도관계는 시간에 대한 확산이나 전위에 의거한 모델에 사용되거나 과정을 나타내는 방정식으로 표현할 수 있다. 예컨대, 재료의 전위 경로를 표현하는 1차 속도방정식으로 응력-경감을 표현할 수 있다. 본 발명에서, LM 방정식은 아레니우스 방정식의 로그를 취하여 유도될 수 있고, Y축에는 내부응력이나 잔류응력같은 물성을, X축에는 1차 속도변수(예; Larson-Miller 변수) "P"를 기준으로 한 곡선으로 나타낼 수 있다. 열에너지를 적용한 응력경감의 예에서, 1차 속도관계는 내부응력 대 열적 1차 속도변수 Pt로 그릴 수 있고, 이 변수는 시간과 온도를 모두 포함한다. 한편, 여러개의 내부응력 대 1차 속도변수값 곡선을 그리기 위해 여러 시간과 온도에서 열응력경감 조작을 이용해 실제 구조를 처리할 수도 있다.

여기서 주의할 것은, 관심 물성이나 특성을 본 발명의 범위내에서 이런 관계의 곡선이나 그래프의 Y축을 따라 역수로 나타낼 수도 있다는 것이다. 이런저런 적당한 기술을 6, 8 단계에 채택하여, 본 발명에 따른 제1, 제2 에너지과정에 대한 1차 속도관계들을 결정할 수 있다. 단, 2개 이상의 에너지 유형을 본 발명에 따른 구조와 첨부된 특허청구범위에 제공하되, 대응 1차 속도관계들을 채택하여 구조의 물성 변화를 가속하기 위한 1개 이상의 조작설정 및/또는 시간값들을 결정할 수도 있다. 또, 처리할 구조와 동일하거나 비슷한 재료로 된 임의의 샘플을 이용해 1차 속도관계들을 결정하되, 이들 샘플은 관심 구조와 크기, 형상 등에 있어서 동일할 수 있는데, 반드시 그럴 필요는 없다. 이와 관련해, 1차 속도관계와 1차 속도변수들을 관심 재료로 된 모든 구조에 적용하여, 이들로부터 유도된 1차 속도관계들과 변수들을 이 재료로 된 모든 구조에 범용적으로 적용할 수 있다.

10-14 단계에서, 1차 속도변수와 1차 속도관계들을 다른 에너지 유형에 관련시킨다. 한편, 도 5에서 설명하겠지만, 여러 에너지원에 대한 복합 1차 속도관계를 결정할 수도 있는데, 여기서는 하나의 구조에 여러가지 에너지를 동시 적용한 상관효과를 복합 1차 속도관계와 특정 1차 속도변수에 적용한다. 방법 2에서, 1차 속도변수 Pt는 제1 에너지 과정에 대한 1차 속도관계에 따라 10에서 결정되고, 여기서 제1 변수 P1는 이 구조의 원하는 물성값에 해당한다.

도 2a에서, 그래프(31)의 Y축(31y)을 따라 원하는 물성값을 구하고, 이에 대응하는 1차 속도곡선상의 포인트를 X축(31x)상의 P1으로 확인한다. 동일한 원하는 물성값을 방법 2의 12 단계에 사용해, 제2 에너지과정에 대한 1차 속도관계에 따른 제2 변수 P2를 결정한다. 예를 들어, 도 2b에서, 원하는 물성값이 그래프(32)의 Y축(32y)에서 검색되면, 1차 속도곡선상의 대응 포인트는 X축(32x)상의 제2 변수 P2로 확인된다.

하나의 구조에 2가지 이상의 에너지를 동시 적용하기 위한 조작설정은 1차 속도변수들에 따라 16, 18 단계에서 선택된다. 구조, 장비, 경제성 등을 포함한(반드시 이에 한정되지 않음) 하나 이상의 선택기준에 따라 제1 에너지 유형에 대한 시간값과 조작설정중 하나를 선택한다. 다음, 제1 에너지과정과 관계된 1차 속도관계를 이용해 제1, 제2 변수들 P1, P2에 따라 다른 변수를 선택하거나 결정한다.

이런 식으로, P1에서 P2를 빼서 P1, P2에 따른 제3 변수 P3를 14 단계에서 결정할 수도 있는데, 18 단계에서 P3에 따라 시간 및/또는 조작설정을 선택하거나 결정할 수 있다. 제1 에너지 유형의 적용을 위한 조작 및 시간 설정들을 결정하는데 있어서 1차 속도변수들 P1, P2의 상관관계로부터, 본 발명의 범위내에서 얻을 수 있는 일시적 가속을 반영하는 제3 변수 P3가 생긴다. 이 가속은 다른 여러가지 에너지 과정의 응력경감을 촉진하여 종래의 방법에 비해 짧은 시간내에 물성을 변화시키고 에너지를 적게 사용한다. 본 발명자는, 구조내의 전위(예; 응력경감 등)가 확산과정에 의해 일어나고 1차 속도방정식으로 설명될 수 있음을 밝혔다.

여기서, D = 시간 t에서의 확산율,

D ₀ = 개시 확산율

Q = 반응개시를 위한 활성에너지

R = 보편기체상수

T = 온도(K)

일반적으로, 열적 방법을 사용해 얻은 응력경감율은 확산에 의해 유도되고, 화학자 Svandte Arrhenius의 이름을 딴 아레니우스 1차 속도방정식(2)을 이용해 설명될 수 있다:

여기서, r = 시간 t에서의 응력경감율

A = 상수

H = 반응 자유에너지

R = 보편기체상수

T = 온도(K)

응력경감 정도는 1차 속도관계나 방정식과 관련될 수 있다. 예컨대, LM 방정식은 아레니우스 방정식(2)의 로그를 취하면 구해진다.

r∝ 1/t라 하면, 열응력경감을 위한 LM 방정식은 아래와 같이 표현된다:

여기서, P는 LM 1차 속도변수이다. 아레니우스 방정식의 로그함수 표현인 다른 형태의 1차 속도표현들을 사용할 수도 있는데, 여기서 사용된 LM은 아레니우스 방정식의 로그함수 표현을 특징으로 하는 모든 1차 속도관계와 관련 변수들을 포함하는 것으로 한다. 1차 속도방정식(3)을 도 2a의 그래프로 나타낼 수 있는데, X축에는 1차 속도변수 P를, Y축에는 관심 물성(예; 응력경감, 내부응력 또는 잔류응력)을 나타낸다. 예를 들어, 시간과 온도를 달리하면서 실험에 의해 결정된 3군데 이상의 데이타 포인트들을 이용해 열에너지 과정에 대해 이런 1차 속도곡선들을 얻을 수 있지만, 6, 8 단계에서 다른 기술을 이용해 본 발명의 범위내의 1차 속도관계를 결정하는 것도 가능하다. 열적 1차 속도곡선(예; 도 2a의 31 그래프)을 이용해, 임의의 원하는 물성값(예; 응력경감 정도)을 얻는데 사용할 수 있는 시간/온도 관계를 예측할 수 있다.

전위구조를 움직이고 전체 전위구조 밀도를 줄이거나, 중첩결함과 같은 격자하자 밀도를 줄이면 내부응력이나 잔류응력의 경감을 이룰 수 있다고 본다. 전체 응력상태의 일부는 국부적 격자변형 때문일 수 있지만, 절대값을 갖는 것으로 본다. 이 일부는 단순한 탄성변형이고 격자 내부에 국부적으로 존재한다. 응력이 활성에너지에 상당하는 값에 이르면 전위가 형성된다. 에너지가 작용하지 않으면 전위는 일어나지 않는다. 열에너지든 시변 에너지든(예; 진동, 주기적 펄스 등) 압력파를 일으킬 수 있는 에너지가 결정고체에 가해지면, 전위구조에 에너지가 추가되어 전위를 일으킨다. 어떤 시스템도 에너지가 낮은 상태로 움직이려고 하므로, 전위구조는 결합이나 소멸에 의해 낮은 에너지 구조를 취해, 내부응력을 낮추려는 경향이 있다.

또, 확산과정을 이용해 전위를 일으키는 응력경감법이나 다른 물성변동법에도 비슷한 수학관계를 적용하여, 위의 아레니우스 1차 속도방정식(2)으로 설명할 수 있다고 본다. 본 발명에 따르면, 가속으로 인해 여러 에너지를 하나의 구조에 동시에 적용해 확산처리하여 물성(예; 응력 경감)을 변화시키는데, 여기서 시간과 조작설정들은 전술한 바와 같이 결정된다. 가속 결과에 대해 더 설명하기 위해, 열에너지와 진동에너지를 동시에 적용해 구조의 응력경감을 이루는 예에 대해 다음 관계를 유도한다.

관심 재료나 부분의 매트릭스를 변형부와 비변형부로 나누는데, 여기서 농도 C는 아래와 같다:

(4) C _(total) = C _s(strained) + C _{n(non-strained)}

응력경감의 경우, 다음 관계를 적용한다:

(5) C _s → C _n

응력경감중의 변형부의 농도변화율은 다음과 같다:

반응의 변화율에 대해,

여기서, k _v 는 발진(진동) 제2 에너지 유형의 아레니우스 방정식이고,

2가지 확산제어과정이 동시에 일어날 경우, k = 아레니우스 방정식은:

따라서, 동시에 적용된 응력경감 과정을 임의로 조합하기 위해, 응력경감 과정 속도의 합을 1차 속도변수 P에 적용할 수 있다. 소리, 기계진동, 레이저 충격 기타 다른 진동이나 시변 에너지 과정을 사용하든, 진동과정은 일반적으로 고정된 온도에서 실행되며, 시간, 주파수, 진폭은 가변적이다. 진동주파수와 진폭 설정은 본 발명의 범위내에서 관심 재료의 활성에너지나 그 이상의 에너지를 제공하는 임의의 적당한 기술에 따라 결정될 수 있는데, 예를 들면 구조를 설치해야 할 시스템과 당해 구조의 공진주파수를 확인하고, 공진주파수나 그 부근의 주파수를 선택결정할 수 있다. 이와 관련해, 공진점이 변하므로 과정중에 주파수를 조정할 수 있는데, 본 발명은 시변 에너지를 구조체에 제공하는데 주파수나 진폭을 고정한 것에 한하지 않는다. 주파수는 어느정도 온도에 좌우되고, 온도는 다음과 같이 계산될 수 있다:

f = 고조파의 주파수

또,

여기서, Y = 영율,

ρ = 재료의 밀도,

밀도와 온도의 관계는 아래와 같다:

(23) ρ = ρ ₀ (1 + β T)

여기서, β =3c _ie 이고, c _ie 는 열팽창계수. 주파수에 대해 풀면:

온도에 따른 변화를 포함하면, 주파수는 아래와 같다:

따라서, 운용주파수 f는 1/T의 함수이다.

결과적으로, 온도 T가 변하므로, 운용주파수도 변한다. 따라서, 최대 효율의 응력경감을 위해, 일단 처리온도에 도달하면 주파수를 최종값으로 조정할 수 있다. 몇가지 진동기술에 대해서는, 이것이 아주 약한 관계라고 믿어지며, 이런 진동 운용주파수 설정의 조정을 본 발명에서는 필요치 않을 수 있다. 파동에너지에 의한 순환격자 전위가 영율 E와 프와송 비에 비례하므로, 주파수/영율 관계는 합금 및 생산형태에 따라 다르고, 따라서 관심 부분에서 실험적으로 관계를 결정할 수 있다.

또, 구조의 응력이 경감되면서 공진주파수도 변하므로, 시변 에너지 유형의 주파수에 대한 조정도 이루어질 수 있다. 또, 주파수는 부품 치수에 크게 좌우될 수도 있다. 일반적으로, 합금에 대한 특정 주파수범위를 음파, 레이저, 전기, 자기, 기계적, 마이크로웨이브 등 특정 주파수 발생법에 대해 결정하지만, 특정 구조와 장착체계에 따른 조정도 본 발명의 범위내에 있다.

도 1에서, 1차 속도변수 P1-P3를 10-14에서 결정했으면, 이에 따라 16, 18 단계에서 조작설정과 시간값을 선택한다. 제1 에너지 과정에 대한 하나의 조작설정이나 동시 과정에 대한 시간값을 16에서 선택하는데, 예를 들면 제1 에너지 유형이 열에너지일 경우의 온도설정이나 동시처리 시간설정이 있다. 선택된 제1 변수(예; 독립변수)를 구조, 장비, 경제성, 기타 다른 고려사항을 기초로 16에서 선택할 수 있다. 일례로, 열에너지원과 같은 처리장비는 온도 상한을 가질 수 있고, 또는 구조적 경도변화나 용융을 피하기 위해 구조를 안전온도 이하로 유지하는 것이 바람직할 수 있는데, 최저 온도값은 활성에너지를 초과하는 재료의 임계온도이다. 다른 예로, 선체, 비행기, 교량은 주변조건이나 부착구조물의 열수축 때문에 아주 높은 온도까지 올리기가 곤란할 수 있는데, 16에서 온도설정을 선택할 때 이런 사항들을 고려할 수 있다.

18에서, 1차 속도변수 P3(P1과 P2에 따름) 및 앞에서 선택한 (독립적인) 변수에 따라 조작설정과 시간값중 나머지 하나를 선택하거나 결정한다. 온도설정을 16에서 선택한 위의 예에서, 열에너지 과정에 대한 1차 속도관계를 이용해 구조에 제1 에너지 유형의 적용을 위한 P3와 온도설정에 따라 18에서 시간값을 결정한다. 예를 들면, 변수 P3와 온도설정을 독립변수로 이용해 시간값인 독립변수들에 대해 풀어, 제1 에너지 과정에 대한 대응 1차 속도방정식(예 위의 방정식 3)을 평가하여 1차 속도관계를 이용한다.

제2 에너지과정을 위한 조작설정들은 제1 에너지과정과 함께 에너지를 동시 적용하기 위한 다른 기준들에 따라 선택할 수 있다. 예를 들어, 진동 제2 에너지과정에 대한 주파수 및/또는 진폭 설정을 선택할 수 있는데, 처리를 위해 구조체가 장착된 시스템과 구조체를 같이 스캔하여 공진주파수를 결정한다. 처리주파수는 공진주파수나 그 부근의 주파수로 선택할 수 있고, 이 주파수는 처리중에 조정할 수 있다. 이런 진동 제2 에너지과정의 주파수와 진폭 역시 제공된 에너지가 구조 재료의 활성에너지보다 높도록 조정한다.

이와 관련해, 6-14 단계에서 결정된 1차 속도관계와 1차 속도변수들은 일반적으로 재료의 특정 구조에 무관하지만, 이 구조에 에너지 유형을 적용하기 위한 하나 이상의 조작설정들은 재료의 특정사항(예; 활성에너지 등)에 따라 선택됨은 물론, 구조를 처리하는 특정 구조 및/또는 시스템의 사양(예; 질량, 사이즈, 형상, 또는 다른 특징)에 따라 선택될 수 있다. 일단 조작 및 시간 설정이나 값들을 16, 18 단계에서 선택했으면, 방법 2는 22 단계로 진행하고, 이곳에서 제1 및 제2 에너지 과정들을 실행하여 적어도 선택된 시간값 동안 구조에 제1 및 제2 에너지 유형들을 동시에 적용하여, 방법 2가 24에서 끝나기 전에 구조의 물성들의 변화를 가속한다. 에너지들을 동시에 적용하고 이들 에너지 유형중 하나가 열에너지인 경우, 먼저 열공급을 중단하고, (응력경감 등을) 처리중인 부품이 전위를 일으키는 최소온도에 이를 때까지 진동에너지를 공급한다.

도 1, 2a, 2b에서, 본 발명은 하나의 구조에 여러가지 에너지를 동시에 적용해 구조의 물성을 변경하기 위한 조작설정과 시간값들을 결정하기 위한 방법을 제공하는데, 이들 설정과 시간값들은 단독으로 채택되거나 구조의 실제처리와 함께 채택되어 관심 물성을 변경할 수 있다. (위의 6, 8 단계에서) 1차 속도관계의 결정은 주어진 재료 형태의 샘플 시료를 이용하는 실험실 설정에서 행해지거나, 또는 적당한 기존의 1차 속도관계들을 이용할 수도 있다. 이와 함께, 원하는 물성값에 대한 1차 속도변수들을 (10-14 단계에서) 결정할 수 있고, 조작설정과 시간값들을 (16, 18 단계에서) 선택할 수 있다. 이어서, 1차 관계와 변수들을 결정한 재료의 구조에 제1, 제2 에너지 과정들을 적용할 수 있는데, 여기서 하나 이상의 조작설정들(예; 진동주파수)을 특정 처리시스템(예; 시스템 공진주파수)에 따라 선택할 수 있다.

또, 본 발명의 여러 특징들을 2가지 이상의 에너지의 동시적용에 응용할 수도 있다. 따라서, 본 발명은 N가지 에너지의 동시적용도 가능한데, 여기서 N은 1보다 큰 양의 정수이고, (새로 유도되거나 기존의) 1차 속도관계를 이용해 원하는 물성값에 대응하는 N개의 1차 속도변수(예; P1....PN)를 결정할 수 있다. 다음, 이들 변수에 따라 하나 이상의 조작설정 및/또는 시간값을 결정할 수 있고, 또는 다른 변수(예; P _N+1 =P ₁ -(p ₂ +P ₃ +...+P _N ))에 따라 변수들의 관계를 구할 수도 있다. 또, 도 5를 참조해 후술하겠지만, 한가지 이상의 에너지의 동시적용을 위해 하나의 1차 속도관계를 유도하거나 구할 수 있는데, 여기서 N가지 에너지 적용을 위해 조작 및 시간 설정들과 값들을 선택하는데는 N개 미만의 변수들이 필요하다. 일례로, 하나의 구조에 대한 N가지 에너지의 적용과 이 구조의 물성에 관련되는 하나의 1차 속도관계를 이용할 수도 있는데, 여기서 조작 및 시간 설정과 값들을 선택하는데 하나의 변수를 사용할 수 있다. 이와 관련해, 모든 다른 변형례들 역시 본 발명의 범위내에 있고, 설명된 예는 어디까지나 예를 든 것일 뿐이다.

도 3a, 3b, 4a-d에서, 본 발명은 열에너지와 진동에너지(기계적 진동)을 동시 적용해 알루미늄 구조의 내부응력이나 잔류응력을 성공적으로 줄였는데, 원하는 잔류 내부응력값(예; 원하는 크기의 내부응력 감소)을 얻는데 필요한 시간을 상당히 단축했다. 도 3a, 3b는 본 발명에 따라 2가지 에너지 과정(예; 열에너지, 기계적 진동에너지)을 이용한 응력경감 방법(102)을 보여주고, 도 4a, 4b는 열에너지와 진동에너지 각각에 대한 LM 1차 속도관계 곡선들을 보여준다. 여기서 사용된 LM 1차 속도관계 또는 관계 곡선들은 모든 1차 속도방정식이나 아레니우스 방정식의 로그함수 표현을 포함한다. 도 4c는 본 발명의 응력경감 기술을 실행하는 시스템의 블록도이고, 도 4d는 종래의 응력경감기술로 처리된 구조체와 본 발명에 따라 처리된 알루미늄 구조체에 대한 응력경감을 비교한 그래프이다.

도 3a에서, 이 방법(102)은 104에서 시작하는데, 이 때 도 4a의 그래프(151)처럼 유도가열 응력경감과정에 대해 열적 LM 곡선(1차 속도관계)이 결정된다. 이 실시예에서, 그래프(151)는 시간과 온도를 달리하면서 열적 응력경감량을 변화시킨 7055-T7 알루미늄 시편이나 샘플의 측정값에 대응하는 많은 데이타를 포함한다. 시편은 초기 물성을 동일하게 하거나 비슷하게 하도록 단괴에서 구하며, 샘플에 응력을 가해 2쪽으로 분리했다. 1쪽에 대한 베이스라인 응력측정값을 취하여 kpsi 단위의 잔류내부응력에 대한 베이스라인 값을 설정했다. 다음, 유도가열장비로 열에너지를 가해 다른 시간에 샘플의 응력을 낮추었다. 다음, 응력경감 샘플에 대해 % 단위로 잔류내부응력을 측정했다. 다음, 7055-T7 알루미늄에 대한 LM 방정식을 이용해 응력경감 샘플 각각에 대한 LM 1차 속도변수값 "Pt"를 계산했다. 예를 들어, 방정식 (3)을 이용해 각 샘플의 "Pt"를 계산했는데, 이 때 시간 "t"와 온도 "T(K)"를 적용했고, 이 합금에 대응하는 상수 "C"에는 값 10을 사용했다. C값은 재료에 따라 다른데, 예를 들면 스틸에는 20, 티타늄에는 10-15 등으로 재료에 따라 C 값은 다르다. 그러나, 주어진 구조에 대해 동일한 C 값을 사용해 하나의 응력경감 과정을 위한 모든 조작값들을 구한다. 다음, X축(151x)을 따라 1차 속도변수(Pt)를 선택하고 Y축(151y)을 따라 잔류내부응력값을 선택하여 그래프(151)를 그렸다(도 4a 참조).

표 1은 도 4a의 LM 곡선그래프(151)를 구성하는데 사용된 데이타를 보여준다. 그래프(151)는 응력경감율(Y축)을 기준으로 하지만, kpsi 등의 절대값 기준으로 동일한 LM 곡선을 그릴 수도 있다. 또, X축 값 및/또는 Y축 값에 역수를 사용할 수도 있다.

이 방법(102)은 108 단계에서 계속되어, 도 4b의 그래프(152)처럼, 빈동 응력경감 과정에 대한 진동 LM 곡선(예; 1차 속도관계)이 결정된다. 그래프(152)에서 4개의 대표적인 데이타 지점을 설정하는데 비슷한 기술을 이용했는데, 샘플들은 처음에 응력을 받은 상태였다가 내부응력 경감을 위해 대기온도(본 실시예의 경우 70℉)에서 7055-T7 알루미늄의 활성에너지와 같거나 그 이상의 진동에너지를 받았다. 다음, X축(152x)을 따라 "Pv" 값을 취하고, Y축(152y)을 따라 대응 잔류내부응력값을 취하여 도 4b의 그래프(152)를 구성했다.

표 2는 도 4b의 LM 곡선(152)을 그리는데 사용된 데이타를 보여준다.

106, 108 단계에서 결정된 열/진동 과정에 대한 LM 곡선(151,152)으로, 이 구조의 원하는 잔류내부응력에 대응하는 제1 열적 LM 변수 Pt를 110 단계에서 결정한다. 예시된 실시예에서, 3% 잔류내부응력(예; 97% 응력감소)을 원하는 물성값으로 선택했다. 이 값을 도 4a의 Y축(151y)에 적용해 곡선(151)의 X축(151x)에 대응하는 열적 LM 변수 Pt를 확인한 바, 16,800이었다. 112 단계에서, 도 4b의 진동 LM 곡선(152)에서 진동 LM 변수 Pv를 결정하는데, 이 값은 원하는 잔류 내부응력값에 해당한다. 도 4b의 Y축(152y)에서 원하는 잔류응력값(예; 3%)을 찾고, 10,800의 값을 갖는 대응 진동 LM 변수 Pv를 X축(152x)에서 확인한다.

다시 도 4a의 열적 LM 곡선(151)에 의하면, 열적 변수 Pt에서 진동변수 Pv를 빼면 최종 LM 변수 Pf가 114 단계에서 결정된다(예; Pf=Pt-Pv=16,800-10,800=6,000). Pf 값 6,000을 이용해, 유도가열 과정에 대해 116 단계에서 온도설정과 시간값들중 하나를 결정하고, 나머지 값은 나머지 의존 변수들에 대한 LM 방정식을 풀어 118 단계에서 선택한다. 예를 들어, 설비 한계(예; 가열장비에 가능한 최대온도), 재료한계(예; 구조적 온도를 용융점이나 기타 임계온도 이하로 유지하는 것), 재료의 활성에너지에 관한 온도 이상으로 구조체를 가열하는 것 등을 포함한 조건들을 고려하여 116 단계에서 온도를 선택할 수 있다. 본 실시예에서는, 재료를 용융하거나 성질을 변경시키지 않고 알루미늄 구조체의 응력경감을 위한 온도를 300℉로 선택했다. 상황이 바뀌면, 구조체를 열처리하거나 열처리를 위해 온도프로파일을 고정하는 인라인 처리와 같은 다른 사항을 고려해 처리온도를 결정한다. 어느 경우에도, 본 발명에 의하면 구조체를 소정 온도로 냉각하거나 급냉하면서 진동에너지와 다른 에너지의 동시 적용을 위한 시간값을 결정할 수 있다.

120 단계에서 종속변수를 선택한다. 예시된 실시예에서, 114 단계에서 결정된 최종 LM 변수 Pf(예; 6,000)에 맞게 처리온도 t를 결정한다. 이 경우, 116 단계에서 선택한 온도 T(300℉), 상수(알루미늄은 C=10), 변수 Pf(6,000)을 이용해 이 시간값 t에 대한 LM 방정식(3)을 풀어, 원하는 3% 잔류 내부응력값을 얻도록 열에너지와 진동에너지의 동시적용을 위한 처리시간 t= 약 28.25초를 구한다. 하나 이상의 진동설정, 예를 들어 주파수와 진폭을 선택하여, 알루미늄 재료의 활성에너지와 같거나 높은 진동에너지나 시변에너지를 제공할 수 있다. 사용된 기술에서는, 구조체를 처리해야 할 시스템과 이 구조체의 공진주파수를 결정하고, 공진주파수와 같거나 비슷한(약간 낮은) 주파수를 선택하는데, 이 주파수는 처리중에 조정할 수 있다. 이 경우, 이 온도에서 열만 가하거나 이 시간동안 진동만 가하면 원하는 응력경감을 얻을 수 없다. 따라서, 본 발명에서는 응력경감을 상당히 가속하는데, 이에 대해서는 도 4d를 참조해 후술한다. 122 단계에서, 유도가열 및 진동처리를 위해 선택된 조작변수들에 맞게 선택된 시간값 동안 유도가열처리와 진동처리를 동시에 실행하고, 124 단계에서 종료한다.

도 3b에서 설명했듯이, 열처리와 진동처리는 반드시 정확히 시간이 일치할 필요는 없고, 122 단계에서 최소 시간 동안만 동시에 실행되어 원하는 내부응력경감을 이루기만 하면 된다. 도 3b에서 응력경감 과정(122)은 130 단계에서 시작하고, 진동과정은 132 단계에서 처음 시작되고 계속되어 선택된 진폭과 주파수를 134 단계에서 얻는다. 열적과정은 136 단계(그동안 진동은 계속됨)에서 시작하고, 온도는 138 단계에서 모니터한다. 138 단계에서 선택된 온도설정(예; 300℉)에 도달하면, 142 단계의 동시처리시간이 적어도 선택 시간값 t _SEL 이 될 때까지 선택된 온도설정과 진동설정을 140 단계에서 유지한다. 이어서, 144 단계에서 열에너지 공급을 중단하고, 구조 온도 T가 임계온도 T _CRIT 보다 낮을 때까지(예; 148에서 YES) 146 단계에서 진동을 계속하며, 이어서 150에서 진동을 중단하고 124에서 종료한다. 여러가지 에너지를 동시 적용하는 다른 방법도 본 발명의 범위내에 있다. 예컨대, 열이나 진동 등의 한가지 과정을 다른 과정보다 먼저 시작하거나, 두가지 과정을 동시에 시작할 수도 있다. 또, 한가지 과정이 중단된 뒤 다른 과정을 계속하거나, 두가지 과정 모두 동시에 끝낼 수도 있다. 열구배로 인한 새로운 잔류응력의 축적을 방지하려면, 전위의 활성화에 필요한 값 밑으로 온도가 강하할 때까지 진동에너지를 유지하는 것이 좋다. 이와 관련해, 도 3b의 실시예는 본 발명의 범위내에 속하기는 하지만, 본 발명과 첨부된 특허청구범위가 이 실시예에 한정되는 것은 아니다. 일례로, 기존에 열에너지가 존재하는 동안, 제2 에너지 유형을 적용해야 하는 온도값을 선택한다. 예컨대, 부품이 작동하는 최고 조작온도, 응력유도과정을 종결하는 온도, 또는 부품이 용융 뒤 고화되는 온도로 온도값을 선택하고, 뒤에 이 값을 진동과정을 적용할 온도와 적당한 시간으로 사용할 수도 있다.

이상의 기술은, 2개의 1차 속도관계들중 하나로부터, 또는 여러가지 에너지의 동시적용을 특징으로 하는 하나의 복합 1차 속도관계로부터 제1, 제2 LM 관계들을 이용해 Pt, Pv, Pf를 결정하는데 이용할 수 있다. 예컨대, 열적 LM 곡선과 진동 LM 곡선을 얻으면, P1에서 P2를 빼서 P3를 계산할 수 있다. P3를 얻었으면, 앞에서 선택한 온도값을 이용해 에너지 동시적용을 위한 시간을 결정한다. 제1, 제2 에너지 유형들을 적당한 시간동안 동시에 적용해, 구조체가 위에서 선택한 온도값에 도달했으면, 열에너지 적용을 중단한다. 이후, 구조 온도가 전위 활성에너지 밑으로 강하하여 응력을 경감할 때까지 제2 (진동) 에너지 유형을 계속한다. 열에너지원을 제거한 뒤에도 이처럼 제2 에너지 유형을 계속하는 기술은, 냉각중에 필히 생기는 열구배로 인해 새로운 잔류응력이 생기는 것을 방지한다는 점에서 유리하다.

도 4c는 본 발명의 다른 특징에 따른 시스템(160)으로서, 구조(162)에 여러가지 에너지가 동시에 공급되어 물성(내부응력 등)을 변화시킨다. 이 시스템(160)은 케이블이나 기타 연결부(166)를 통해 구조(162)에 결합된 유도가열 시스템(164)을 포함하여 구조(166)에 열에너지를 공급하고, 연결부(166)에는 표준 유도가열법에 따른 전기장을 구조(162)에 부여하는 코일이 포함된다. 이 시스템(160)은 케이블, 기계적 액튜에이터 등의 연결부(172)를 통해 구조(162)에 진동에너지(기계적 진동)를 가하도록 결합된 진동시스템(170)을 더 포함한다. 가열진동 시스템(164,170)은 각각 제어시스템(180)의 제어신호(174,176)에 따라 동작하고, 피드백신호(예; 진동주파수, 진동진폭, 온도 등)는 구조에 결합된 트랜스듀서(도시 안됨)로부터 연결부(182)를 따라 제어시스템(180)에 공급된다.

도 4d는 ASTM E8 인장시험으로 생성된 4개의 7055-T7 알루미늄 샘플에 잔류하는 내부응력(kpsi)의 곡선(190)을 보여주는데, 모든 시편들은 동일한 열처리 시험괴로부터 선택되었고 동일한 조건하에 시험되어 모든 샘플의 처음 내부응력은 거의 동일하게 했다. 샘플 표면에서 각각 다른 깊이로 4가지 기술로 응력경감 처리를 한 다음 내부응력을 구했는데, 표면에서의 깊이에 따른 응력의 변화는 제조과정에서 생긴 것이다. 샘플 #1의 응력 결과는 191 곡선, 샘플 #2의 결과는 곡선 192, 샘플 #3의 결과는 곡선 193이다. 샘플 #4는 본 발명에 따라 열과 진동으로 시험했는데, 그 결과는 곡선 194이다.

샘플 #1은 4분간 53Hz의 주파수에서 진동만 적용해 응력경감하여, 곡선 191과 같은 잔류내부응력을 얻었다. 샘플 #2는 24분간 비슷한 주파수에서 진동만 적용해 응력경감하여, 곡선 192를 얻었다. 샘플 #3은 4분간 300℉에서 (진동 없이) 열만 가하여 응력경감했다.

샘플 #4는 본 발명에 따라 4분간 열에너지와 진동에너지를 동시에 적용해 응력경감했는데, 그 응력은 곡선 194에서 보듯이 전체 깊이에 걸쳐 거의 제로였다. 예시된 실시예에서, 네번째 샘플은 일반적으로 도 3a-4b의 조작설정에 따라 처리되었지만, 단 처리중에 구조를 설치한 시스템의 공진주파수와 같거나 가까운 주파수의 활성에너지보다 높은 에너지를 공급하도록 선택된 진동설정과 300℉의 온도설정을 이용했다. 도 4d의 데이타에서 알 수 있듯이, 본 발명의 과정에 따른 네번째 샘플(#4)에서는 다른 샘플의 진동이나 열만 적용한 경우에 비해 적은 시간에 소요 응력감소 목표를 충분히 충족한다.

도 5는 본 발명에 따라 구조의 물성을 변화시키고 여러가지 에너지를 동시에 적용하기 위한 조작설정들을 결정하는 다른 방법(202)을 보여주고, 이 방법은 204에서 시작한다. 206에서, 2가지 이상의 에너지를 하나의 구조에 동시에 적용해 그 물성을 바꾸기 위한 복합 1차 속도관계가 결정된다. 이 방법에서, 복합 1차 속도관계는 구조에 대한 제1, 제2 에너지 유형의 동시 적용과 구조의 물성에 관련되는데, 이 관계는 다른 1차 속도곡선의 하나의 LM일 수도 있다.

응력경감과 다른 물성 변화를 위해 2가지 이상의 에너지를 동시에 적용하는 효과들을 결합한 1차 속도관계(예; 곡선, 방정식, 모델 등)를 얻기 위해, 206에서 다음 기술을 이용한다. 열에너지와 진동에너지의 경우, 온도에 대한 주파수는 합금과 부품 구성(예; 처리중에 구조를 설치하는 시스템과 처리중인 구조의 질량, 크기, 형상 등)에는 크게 의존하되 온도에는 약하게 의존한다. 따라서, 시스템과 합금에 맞는 주파수를 선택할 수 있다. 정밀조정은 할 수 있지만, 일반적으로 시스템의 나머지가 안정되면 주파수는 광범위한 온도범위에 걸쳐 크게 변하지 않는다. 한덩이의 재료(합금 등)에서 취한 시험 샘플을 이용해 복합 1차 속도관계 곡선을 그려 시험결과를 얻을 수 있다. 잔류응력이나 내부응력 경감을 위해, ASTM E8에 맞는 인장시편을 만든다. 인장시편 반쪽을 사용해 베이스라인 잔류응력을 측정한다. 나머지 반쪽의 인장시편은, 열원과 시간 제한범위내에서 광범위한 LM 변수들을 생성하도록 선택된 여러 시간과 온도에서 열/진동 에너지를 동시에 적용해 응력을 경감한다. 그 결과 (측정된) 잔류응력값(예; 계산된 응력경감량)을 대응 LM 변수에 대해 그려 복합 관계 곡선을 만들 수 있는데, 여기서 5개 이상의 지점을 사용해 조합처리에 대한 LM 곡선을 결정하는 것이 이상적이다.

다음, 206에서 얻은 복합 1차 속도관계(또는 적당한 기존의 복합 1차 속도관계)를 이용해 과정 적용을 위한 시간과 온도 설정들 및 변수들을 결정한다. 복합 1차 속도변수 Pc는 관심 물성의 소요 값에 대응하는 복합 1차 속도곡선이나 관계로부터 208에서 결정된다. 1차 속도변수 Pc에 맞는 동시적용 에너지 유형들에 대해 210에서 시간/조작 설정들이 선택되고, 선택된 조작/시간 설정들에 따라 212 단계에서 구조에 제1, 제2 에너지 유형들이 동시에 공급되며, 214에서 이 방법(202)이 종료된다.

이상 몇가지 예를 들어 본 발명을 설명했지만, 본 발명의 범위를 벗어나지 않고도 다른 변형이 가능할 수 있다. 특히, 전술한 요소나 구조(블록, 유닛, 조립체, 장치, 회로, 시스템 등)에서 실행된여러가지 기능에 관해, ("수단"을 포함한) 요소란 말은 다른 표현이 없는 한 설명된 요소의 특정 기능(등가적 기능)을 실행하는 모든 요소나 구조를 의미하고, 본 발명의 구현을 위해 설명한 기능을 실행하는 것과 구조적으로 등가적이기만 하면 된다. 또, 이상 설명한 예는 어디까지나 예를 든 것일 뿐이고, 결코 본 발명의 범위를 제한하는 것은 아니다.

본 발명의 시스템과 방법은 내부응력의 가속 경감을 위해 부팜과 구조의 응력을 경감시키는 분야에 사용될 수 있다.