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문제 정의
- <연구 2>는<연구 l>의 a/h의 비가 같은 경우에 대해 균열 길이가 감소하였을 때 그 영향을 검토하기 위해 선택되었으며, <연구 3>은 c//z의 비가 <연구。과 같은 경우에 대해 코팅두께가 감소하였을 때 그 영향을 검토하기 위해 선택하였다. 다양한 위치에서 구름 접촉 하중이 적용되었으며, 접촉 하중의 위치는 g/a의 비율로 표시하여 g/a = -1, -3, +1, +3의 경우에 대해 적용하였다.
- 하지만 이러한 일련의 연구들은 현대 산업에서 실제 응용되는 마이크로미터 두께의 얇은 코팅 표면에 발생 가능한 미세한 수직균열의 트라이볼러지 적 파괴 문제를 고려하지 않았으며, 국내에서는 거의 연구가 이루어지지 않고 있는 실정이다. 따라서 본 연구에서는 구름 접촉에 노출되어 있는 TiN 코팅표면에 형성된 미세한 수직 균열의 천이 거동을 평가하기 위해 균열 선단에서 발생한 응력확대계수㈤ 과 &)를 유한요소 해석 모델을 이용해 산출하고자 한다. 본 연구에서 사용된 유한요소 해석 모델의 신뢰성을 검증하기 위해 다수의 예비모델이 구성되었으며, 웅력확대 계수를 산출하기 위해 응력법이322) 사용되었다.
- 본 연구에서 다양한 위치에서의 접촉 하중에 의한 상대적인 코팅두께의 파괴 메커니즘을 조사하기 위해 다음의 경우가 검토되었다.
- 본 연구에서는 Hertzian 접촉 하중 하의 TiN/Steel 구조물에 표면균열이 형성되었을 경우 균열 선단 에서 발생한 혼합모드 응력확대계수 값들이 제시되었다. K, 과 Klt 값들은 균열 길이, 코팅두꺼], 접 촉 하중의 위치 등을 함수로 하여 평가되었으며, 다음과 같은 결론을 얻었다.
- 6 ~ 8 은<연구 1>, <연구 2>, <연구 3>에 대한 유한요소 해석의 결과를 보여주며, 하중의 위치를 함수로 하여 에 의해 정규화(normalized)시킨 모드 I과 모드 II 응력확대계수를 그래프로 도시하였다. 본 연구에서의 특별한 관심은 상대적인 코팅 두께에 따른 균열의 크기에 대해 다양한 위치에서의 접촉 하중이 균열 선단 에서 발생한 혼합모드 K, 과 K”의 응력확대계수에 미치는 영향을 고찰하는데 있다. 결과에서 나타난 바와 같이 Kj 곡선은 g/a = 0을 중심으로 대칭 형태를 보여주며, Ku 곡선은 반 대칭형 태를 보여준다.
가설 설정
- 2를 사용하였다."” 해석 모델에서 TiN 코팅 표면에 상당히 미세한 수직균열을 도입하였으며, steel과 TiN의 계면은 완전결합상태에 있다고 가정하였다.
- 넷째, 모델 4는 표면에 수직한 균열을 가진 단층구조물이 Hertzian 접촉 하중에 노출되어있는 예비모델로 균열 선단의 KI 과 KII 값의 수렴성을 이론해와 비교하기 위해 구성하였다. 여기서 단층구조물은 탄성반평면으로 가정하였다. 모델 1과 모델 2의 이론적인 해는 Tada'M)에 의해 잘 정리가 되었으며, 모델 3의 이론적인해 는 Johnson'")에 의해 정리가 되었다.
- "F 이 수치들은 E*' rdimir' 와 Cheng 등何이 실험한 값들에서 선택되었으며, TiN/Steel 구조물이 구름 접촉 하중에 의해 피로 파괴되는데 있어서 관심의 대상이 되는 하중 범위이다. 해석 모델은 2차원 평 면 변형률 조건을 사용하였으며 Hertzian 구름 접 촉 하중 하의 탄성 반 평 면으로 가정 하였다.&哙, 25) 예비모델에서 이미 거론된 바와 같이 응력 법은 균열 선단 주위의 영역에 많은 수의 요소를 배치해야 정확한 해를 구할 수 있다.
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