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문제 정의
- 따라서 본 연구의 목적은 Zr-2.5Nb 압력관의 파괴인 성치 평가시 균열시작점 및 균열길이를, COD 게이지로부터 결정되는, 하중제하 컴플라이언스법 및 직류전위차법으로 평가 및 비교하여 두 개의 방법 중 어느 방법이 보다 정확한 균열시작점 및 균열 길이를 결정하는지를 조사하는 것이다.
제안 방법
- (1) 직류전위차 값은 1mm 보다 작은 하중선 변위를 균열 시작점으로 평가하였으나, 컴플라이언스 값은 1mm 근처의 즉 상대적으로 큰 하중선 변위를 균열시작점으로 평가하였다.
- Fig. 4-6 에 나타낸 결과에 따르면 Zr-2.5Nb 압력관에서 채취한 CCT 시편을 대상으로 파괴 인성시험 시 균열 시작점은 직류전위차법으로 평가하는 것이 보다 정확하며, 균열개구변위를 이용한 컴 플라이 언스법 은 직 류전위차법 에 비하여 비 보수적 으로 균열시작점을 평가하였다. 즉, 직류전위차 법에 의한 균열길이 평가가 보다 신뢰할 만하며, 동시에 최대하중점보다 낮은 시점에서 균열이 발생한다는 것을 보여준다.
- Fig. 4에 나타낸 바와 같은 Zr-2.5Nb CCT 시편의 하중-하중선변위 곡선에서 최대 하중의 50%-80% 에 해당하는 낮은 하중을 별도의 시편에 부가한 후 하중을 제거하고 피로균열로 시편을 파단시켜, 그 파단면을 광학현미경으로 조사하였다. 최대하중 Rmx 의 70% 이상의 하중에서 Fig.
- Zr-2.5Nb 압력관의 파괴인성 평가 시 균열 길이 예측의 불확실성을 가능한 줄이고자 균열 시작점을 직류 전위 차법 , 균열개구변위를 이용한 컴플라이 언스법 및 광학현미경을 이용한 파단면 관찰로 평가한 결과, 아래와 같은 결론을 얻었다.
- 5Nb CCT 시편에 부착된 COD 게이지 및 균열 입구에 설치된 전압선의 위치를 보여주는 개괄적인 그림이다. 균열성장에 따른 전압의 변화는 매하중 최고점에서 멀티미터로 측정된 전압값으로부터 측정하였다. 동시에 COD 게이지를 사용하여 균열성장에 따른 균열개구변위를 즉정하여, 15%의 제하율 (unloading rate) 일 때 얻어진 하중 vs.
- 균열성장에 따른 전압의 변화는 매하중 최고점에서 멀티미터로 측정된 전압값으로부터 측정하였다. 동시에 COD 게이지를 사용하여 균열성장에 따른 균열개구변위를 즉정하여, 15%의 제하율 (unloading rate) 일 때 얻어진 하중 vs. 균열개구변위 곡선 (Fig. 3)을 토대로 각 하중제하 시의 하중 곡선 기울기로부터 컴플라이언스를 결정하였다. 제하율을 15%로 조절한 것은, 파괴인성 치 J 값에 미치는 제하율영향이 매우 미미하고佝 동시에 실험상 하중 제어의 편리함 때문이다.
- 제하율을 15%로 조절한 것은, 파괴인성 치 J 값에 미치는 제하율영향이 매우 미미하고佝 동시에 실험상 하중 제어의 편리함 때문이다. 실험이 끝난 후에는 구점법(nine point method)으로 실제 균열길이를 측정한 후에, 직류전위차 및 컴플라이언스 값으로부터 계산된 균열길이 값을 보정하였다. 컴플라이언스 및 직류전위차 법으로 결정한 균열 시작점의 정확성을 검증하고자, 0.
- 직류전위차법 또는 컴플라이언스법으로 측정한 균열 시작점 중 어느 것이 실제 균열시작점을 가장 잘 모사하는 지를 검증하고자 Fig. 6 에 나타낸 바와 같이 하중선변위 0.8mm 및 1mm 에서 각각 파괴 인성 시험을 중단하고 Zr-2.5Nb CCT 시편을 피로시험으로 파단시켜 균열생성 여부를 관찰하였다. Fig.
- 실험이 끝난 후에는 구점법(nine point method)으로 실제 균열길이를 측정한 후에, 직류전위차 및 컴플라이언스 값으로부터 계산된 균열길이 값을 보정하였다. 컴플라이언스 및 직류전위차 법으로 결정한 균열 시작점의 정확성을 검증하고자, 0.7-1.0 mm 하중선변위량까지 파괴인성 시험을 한 후 종료하여, 파단면을 관찰하여 하중변위량에 따른 균열 시작을 조사하였다. 파괴인성 저항 곡선은 ASTM E-1820 절차에 따라 J 를 계산하여 구하였다.
- 보다 자세한 파괴 인성 시험 절차는 참고문헌6에 이미 기술되어 있다. 파괴인성 시험 시 하중선 변위 (load line displacement) 속도를 0.1 mm/min 로 제어하였으며, 최대 하중선변위량은 약 4 mm 정도 되도록 조절하였다. Fig.
- method) 으로 수행하였다. 피로예비균열을 시편에 삽입하기 위하여 0.5º의 테이퍼 핀을 사용하였으며, 피로균열의 길이는 0.1 의 하중비에서 균열 길이 비(WW)가 약 0.5 정도가 되도록 조절하였다. 피로 균열은 하중감소법으로, 厶 K 는 초기에는 약 12 MPa m'/2 이었지만 최종균열길이의 약 25%가 남았을 때는 약 lOMPa m'/2 로 감소시켜 형성되었으며, 이때 주파수는 3Hz 이었다.
대상 데이터
- 본 연구에 사용된 재료는 중수로 Zr-2.5Nb 압력관으로 내부직경은 103 mm 이며, 두깨는 4.2~4.4mm 이다. 파괴인성 시험편은 축방향의 노치를 갖는 폭 17mm, 두께 4.
- 4mm 이다. 파괴인성 시험편은 축방향의 노치를 갖는 폭 17mm, 두께 4.3mm 인 curved con屮act tension (CCT) 시험편을 제작하여 사용하였다. CCT 시험편의 균열 진전 방향은 관의 축 방향이다.
이론/모형
- 파괴인성 시 험은 인스트론 8501 을 사용하여 ASTM E1820-01(4) 절차에 맞게 단일시편방법 (single-specimen method) 으로 수행하였다. 피로예비균열을 시편에 삽입하기 위하여 0.
- 0 mm 하중선변위량까지 파괴인성 시험을 한 후 종료하여, 파단면을 관찰하여 하중변위량에 따른 균열 시작을 조사하였다. 파괴인성 저항 곡선은 ASTM E-1820 절차에 따라 J 를 계산하여 구하였다.(7,8)
성능/효과
- (2) 하중선변위를 0.8-1.0mm 로 변화시켜 파단면을 관찰한 결과, 1.0 mm 보다 작은 하중선 변위에서 균열이 시작되었다. 결론적으로, 직류전위 차법이 Zr-2.
- (3) 직류전위차법으로 예측되는, 균열시작점에 해당하는 최대 하중점은 최대 하중점 %剪 의 75% 이상이 었으며, 이 값은 하중을 Pg 의 50-80%로 변화시켜 조사된 파단면 관찰 결과와도 잘 일치하였다.
- 상온에서도 균열이 성장하면서 두께 방향으로의 항복 변형으로 두께가 얇아졌다. COD-2 시편은 다른 2 개의 시편에 비하여 보다 균열의 불균일 성장으로 인한 매우 울퉁불퉁한 즉 평탄하지 않은 파단면을 보였으며, 이것은 균열성장이 균일하게 일어난 것이 아니고 균열진행 중 시편의 일부가 떨어지면서 불연속적인 균열성장이 일어났다는 것을 시사한다.(7)이것이 Fig.
- 0 mm 보다 작은 하중선 변위에서 균열이 시작되었다. 결론적으로, 직류전위 차법이 Zr-2.5Nb 압력관에서 보다 정확한 균열길이를 예즉하였다.
- 0mm 의 하중선변위에서 균열이 시작된다는 직류전위차법의 결과와 잘 일치하는 것이다. 다시 말하면 검증 결과에서 관측된 균열 시작점은 직류전위차법으로 예측한 균열시작점과 잘 일치하고, 컴플라이언스법으로 측정한 균열 시작점과는 차이가 있다.
- 仰 결론적으로 말하면, 하중-하중선변위 곡선에서 얻어지는 최대하중점 이전, 즉 최대 하중의 70-80% 정도의 하중에서 균열이 생성된다. 아울러 이처럼 최대 하중점에 도달하기 전에 균열이 생성된다는 검증 결과는 직류전위차법으로 예측한 균열시작점 및 아울러 균열길이가 실험 오차범위 내에서 비교적 정확하다는 것을 보여준다.
- 5Nb 압력관에서 채취한 CCT 시편을 대상으로 파괴 인성시험 시 균열 시작점은 직류전위차법으로 평가하는 것이 보다 정확하며, 균열개구변위를 이용한 컴 플라이 언스법 은 직 류전위차법 에 비하여 비 보수적 으로 균열시작점을 평가하였다. 즉, 직류전위차 법에 의한 균열길이 평가가 보다 신뢰할 만하며, 동시에 최대하중점보다 낮은 시점에서 균열이 발생한다는 것을 보여준다. Fig.
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