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문제 정의
- 따라서 본 논문에서는 ASTM E 1737-96⑵의 시험 절차에 따라 R-곡선 법과 직류 전위차 법 에 의한 안정균열 성장 개시 파괴인성시험을 실시하고 시편 폭에 대한 균열 길이의 비, 헤 따른 파괴 개시인성, 균열선단개구변위, 균열성장량 및 저항 곡선의 거동 등을 고찰함으로서 파괴인성의 ajW의 의존성과 두 시험법의 결과를 비교하여 정확한 안정파괴 개시인성을 구하고 이들 시험법의 신뢰성을 검증하고자 한다.
제안 방법
- 한편 직류전위차 법의 시험을 위하여 시험기와 CT 시편사이를 완전 절연시키고 프로텍스(Protex) 사의 전원장치 (DC Power Supply PWS- 3020D)를 사용하였다. CT 시편에 설치된 전류단자에 30A의 정전류를 공급하면서 시편의 전 압출력단자의 전압을 3000배로 증폭시켜 전위차를 측정하고 그 결과를 프로그램 (DASYLab 6.0)을 사용하여 전위차-변위선도를 구하고 ASTM E 1737-96⑵ 의 절차에 따라 파괴인성 "을 구하였다. 입력데이터의 A/D변환처리 때, DaqBook 2000필터 ( 16비트, 60Hz)를 사용하여 잡음을 제 거하였다.
- 이 때 초기 3개의 시편으로부터 균열 개시 이전의 균열 선단 둔화에 따른 균열성장량(blunting crack growth) 을 실측하여 실즉 둔화직선을 작성 하였다. ASTM E 1737-96'이에서 권장한 이론둔 화직선 #와 실측둔화직선과 저항곡선의 교점으로 파괴 인성 he을 각각 구한 후, 이 값들을 서로 비교하였다.
- ASTM E 1737-96⑵ 절차에 따라 전위차-변위 곡선상의 두 접선의 교차점에 해당하는 하중 값, 즉 균열개시를 나타내는 하중 #을 구하고 이 때의 균열선단개구변위 (Crack Tip Opening Displacement) Δa을 측정했다. 시험에서 얻은 하중과 하중-변위곡선아래 면적 등의 데이터를 사 용하여 파괴 인성 계산하고 각 PASTM 하중에 해당하는 균열성장량 Δa을 측정하였다.
- 예균열 선단으로부터 50 mm 거리에 현미경의 대물렌즈를 고정하고 8배의 배율로 촬영하였으며, 화상이 현미경을 통하여 전송된 화상 데이터 처리는 프로그램(IMT(VT) IA)으 로 균열 성장량을 계측하였다. 또한 시편 중앙부 등에서의 균열성장량을 정확히 계측하기 위하여 각 각의 최고 하중까지 부하한 후, 강제로 피로균열을 삽입하고 파단시켰다. 파단면의 두께를 8등분한 9 개의 균열길이를 측정하여, 시편의 균열성장량을 구하였다.
- CT시편의 파괴 인성 시험은 동적 재료인장 시험 장비인 INSTRON 8516을 사용하였다. 모드 I 하중 상태에서 변위제어로서 0.05mni/min의 속도로 부하하면서 하중선 개구변위와 균열성장량을 측정하고 하중-변위선도를 작성하였다. 하중선 개구변위 (Crack Mouth Opening Displacement: CMOD) 측정에 사용된 변위계의 유효 이동거리 (travel)는 4mm이며, 겉보기 균열선단의 안정균 열성장량 Aa를 계측하기 위하여 레이카(Leica)사 의 MZ 12-5 광학현미경을 사용하였다.
- 을 구하고 이 때의 균열선단개구변위 (Crack Tip Opening Displacement) Δa을 측정했다. 시험에서 얻은 하중과 하중-변위곡선아래 면적 등의 데이터를 사 용하여 파괴 인성 계산하고 각 PASTM 하중에 해당하는 균열성장량 Δa을 측정하였다.
- 겉보기균열성장량과 CTOD의 측정을 위하여 시 편 표면의 수직방향으로. 예균열 선단으로부터 50 mm 거리에 현미경의 대물렌즈를 고정하고 8배의 배율로 촬영하였으며, 화상이 현미경을 통하여 전송된 화상 데이터 처리는 프로그램(IMT(VT) IA)으 로 균열 성장량을 계측하였다. 또한 시편 중앙부 등에서의 균열성장량을 정확히 계측하기 위하여 각 각의 최고 하중까지 부하한 후, 강제로 피로균열을 삽입하고 파단시켰다.
- 3과 같이 J-Aa 저항곡선을 그렸다. 이 때 초기 3개의 시편으로부터 균열 개시 이전의 균열 선단 둔화에 따른 균열성장량(blunting crack growth) 을 실측하여 실즉 둔화직선을 작성 하였다. ASTM E 1737-96'이에서 권장한 이론둔 화직선 #와 실측둔화직선과 저항곡선의 교점으로 파괴 인성 he을 각각 구한 후, 이 값들을 서로 비교하였다.
- 처음 3개의 시편은 하중-변위 선도위에 서 선형이 파괴되는 변곡점 근방에서, 나머지 6개 의 시편은 일정 균열성장이 달성될 때까지 하중을 부하한 다음 제하하여 하중-하중선 변위선도를 프로그램에 의해 작도하고 필요한 데이터를 식(1)에 대입하여 J-적분의 탄성(식 2) 및 소성(식 4) 성분을 계산하였다. 이와 같이 구해진 J-적분과 측정된 균열성장량을 이용하여 파괴개시인성 JIC 평가를 위하여 Fig. 3과 같이 J-Aa 저항곡선을 그렸다. 이 때 초기 3개의 시편으로부터 균열 개시 이전의 균열 선단 둔화에 따른 균열성장량(blunting crack growth) 을 실측하여 실즉 둔화직선을 작성 하였다.
- 0)을 사용하여 전위차-변위선도를 구하고 ASTM E 1737-96⑵ 의 절차에 따라 파괴인성 "을 구하였다. 입력데이터의 A/D변환처리 때, DaqBook 2000필터 ( 16비트, 60Hz)를 사용하여 잡음을 제 거하였다.
- 9개의 복수시험편을 사용하여 ASTM E 1737-96⑵절차에 의거하여 R-곡선 법 시험을 실시하였다. 처음 3개의 시편은 하중-변위 선도위에 서 선형이 파괴되는 변곡점 근방에서, 나머지 6개 의 시편은 일정 균열성장이 달성될 때까지 하중을 부하한 다음 제하하여 하중-하중선 변위선도를 프로그램에 의해 작도하고 필요한 데이터를 식(1)에 대입하여 J-적분의 탄성(식 2) 및 소성(식 4) 성분을 계산하였다. 이와 같이 구해진 J-적분과 측정된 균열성장량을 이용하여 파괴개시인성 JIC 평가를 위하여 Fig.
- 또한 시편 중앙부 등에서의 균열성장량을 정확히 계측하기 위하여 각 각의 최고 하중까지 부하한 후, 강제로 피로균열을 삽입하고 파단시켰다. 파단면의 두께를 8등분한 9 개의 균열길이를 측정하여, 시편의 균열성장량을 구하였다.
- 05mni/min의 속도로 부하하면서 하중선 개구변위와 균열성장량을 측정하고 하중-변위선도를 작성하였다. 하중선 개구변위 (Crack Mouth Opening Displacement: CMOD) 측정에 사용된 변위계의 유효 이동거리 (travel)는 4mm이며, 겉보기 균열선단의 안정균 열성장량 Aa를 계측하기 위하여 레이카(Leica)사 의 MZ 12-5 광학현미경을 사용하였다.
대상 데이터
- 2는 탄소성 파괴인성 평가에 사용된 장비의 전체 구성도를 나타낸 것이다. CT시편의 파괴 인성 시험은 동적 재료인장 시험 장비인 INSTRON 8516을 사용하였다. 모드 I 하중 상태에서 변위제어로서 0.
- 기계 가공된 CT시편 노치선단에 2mm의 피로예 균열을 규정에 따라 삽입하여, CT시험편 폭에 대한 균열길이 비(a0/W)를 각각 0.45, 0.53 그리고 0.58로 제작된 3가지 형상에 대하여 각각 9개의 시편을 준비하였다.
- 시험에 사용된 판상재료는 조선소에서 선체구조에 사용되는 두께 25.4mm의 SS400 일반 구조용 압연강재이며, 그의 화학 조성 비는 Table 1과 같다. 만능재료시험기 (Instron 8516)에 L-T인장시 편을 장착하여 2mm/min의 속도로 실온에서 인장시험을 실시하여 얻어진 재료의 기계적 성질은 Table 2와 같다.
- 한편 직류전위차 법의 시험을 위하여 시험기와 CT 시편사이를 완전 절연시키고 프로텍스(Protex) 사의 전원장치 (DC Power Supply PWS- 3020D)를 사용하였다. CT 시편에 설치된 전류단자에 30A의 정전류를 공급하면서 시편의 전 압출력단자의 전압을 3000배로 증폭시켜 전위차를 측정하고 그 결과를 프로그램 (DASYLab 6.
이론/모형
- 9개의 복수시험편을 사용하여 ASTM E 1737-96⑵절차에 의거하여 R-곡선 법 시험을 실시하였다. 처음 3개의 시편은 하중-변위 선도위에 서 선형이 파괴되는 변곡점 근방에서, 나머지 6개 의 시편은 일정 균열성장이 달성될 때까지 하중을 부하한 다음 제하하여 하중-하중선 변위선도를 프로그램에 의해 작도하고 필요한 데이터를 식(1)에 대입하여 J-적분의 탄성(식 2) 및 소성(식 4) 성분을 계산하였다.
- 또한 직류전위차 법에 의한 균열성장개시 파괴인성을 평가하기 위해 CT시편 전면과 측면에 직류 입력단자와 전압 측정단자의 위치 (Fig. 1)를 ASTM E 1737-96⑵의 기준에 따라 가공, 결선하 였다.
- 안정 균열 개시 인성의 평가를 위한 CT시편은 ASTM E 1290-93 ⑶기준에 따라 L-T형으로 제 작하였다.
성능/효과
- 1) R-곡선 법에서 이론둔화직선과 J-적분에 대응하는 실측 둔화직선에 의한 파괴개시인성의 차이는 거의 없다.
- 2) ASTM E 1737-96의 절차에 따른 0.5<a°/W <0.75에 해당하는 시편에 대한 파괴인성 값은 규정된 a°/W범위 밖인 a°/W=Q.45인 시편의 파괴인성 값보다 1.97 # 작게 나타났다. 즉 파괴개시인성은 균열 길이의 비에 의존하였 다.
- 3) R-곡선 법에 의한 파괴개시인성 jlc 값은 직류 전위차 법에 의한 파괴개시인성 Jlc 보다 작은 값을 나타냈다.
- 4) 파괴개시이전의 균열선단 둔화에 따른 균열진 전량을 고려할 때, R-곡선 법은 직류전위차 법 보다 안정균열성장 개시 인성을 적절하게 나타내었으며, 재료의 파괴개시인성 값은 JIC = 17.14 (kg/mm)이다.
- 반면에 직류전위차 법은 단일시험편을 이용하여 직접 균열 개시점의 평가가 가능하고 효율적이지만 장치가 복잡하고 대전류를 사용하므로 직류전위차 값의 변화 점 을 정확하게 규정하여 엄밀한 파괴인성을 찾는 것이 어렵다⑴. 그래서 동일 시편에 R-곡선법과 직류전위차 법을 적용하여 실측된 재료의 안정균열성 장 개시점의 평가 결과를 비교하고, 나타난 문제 점 을 해결하여 정확한 파괴 개시인성 Lc을 구하는 것이 바람직하다고 생각한다.
- 14te//mm 이다. 따라서 이 값을 이 실험에 사용된 재료가 갖는 기계적 물성치로 간주하는 것이 바람직하며 직류전위차 법에 의한 평균 파괴인성 값은 약 5.68 kg fl mm 만큼 과대평가 되었다.
- 58인 시편의 경우도 비슷한 결과를 보였다. 즉, R-곡선 법에 의한 파괴인성 값은 직류전위 차 법에 의한 파괴인성/ZC보다 작은 값을 나타냈 다.
후속연구
- 결과적으로 ASTM E 1737-96⑵에 의한 직류 전위차 법만으로 측정된 파괴인성의 평가 기법의 적용에는 신중을 기할 필요가 있다고 사료된다.
- 따라서 이에 따른 파괴인성의 오차를 방지하기 위하여 동일 시편에 대해 R-곡선 법과 직류전위차 법 을 동시에 시험함으로서 두 시험법에 의한 파괴개시 인성의 신뢰성 있는 비교를 실시할 수 있을 것이다. (Fig.
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