[논문]굽힘 하중이 작용하는 비대칭노치시편의 완전소성해석

오창균; 박진무; 김윤재

doi:10.3795/ksme-a.2006.30.3.269

굽힘 하중이 작용하는 비대칭노치시편의 완전소성해석
Fully Plastic Analyses of Unequally Notched Specimens in Bending Moment 원문보기

大韓機械學會論文集. Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers. A. A, v.30 no.3 = no.246, 2006년, pp.269 - 278

오창균 (고려대학교 대학원 기계공학과) , 박진무 (고려대학교 기계공학과) , 김윤재 (고려대학교 기계공학과)

Abstract ▼ AI-Helper

This paper proposes slip line fields for bending of unequally notched specimens in plane strain that have a sharp crack in one side and a sharp V-notch in the other side. Depending on the back angle, two slip line fields are proposed, from which the limit moment and crack tip stress fields are obtained as a function of the back angle. Excellent agreement between slip line field solutions with those from detailed finite element limit analysis based on non-hardening plasticity provides confidence in the proposed slip line fields. One interesting point is that, for the unequally notched specimen, the difference between the crack tip triaxial stress for tension and that for bending increases significantly with increasing the back angle. This suggests that such a specimen could be potentially useful to investigate the crack tip constraint effect on fracture toughness of materials. In this respect, the possibility of designing a new toughness testing specimen with varying crack tip constraint is discussed.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

이러한 차이점은 재료의 파괴인성에 대한 구속효과를 고찰하기에 매우 유용할 것으로 생각된다. 이러한 관점에서 본 연구에서는 비대칭노치형상의 새로운 파괴인성시편의 가능성을 제안하였다.

가설 설정

(AM) 흐}지만 비경화 평면변형률에 대한 정확한 유동선장을 구하는 것은 매우 어려운 일이며, 다음과 같은 조건들을 만족해야 한다. (i) 변형영역에서의 평형과 항복조건을 만족하기 위한 Hencky 방정식, (ii) 비압축성을 만족하기 위한 Geiringer 방정식, (iii) 강체 영역에서의 평형과 항복조건 등을 만족해야 한다. 따라서 유동선장은 제한된 기하학적 형상이나 하중조건 등에 대해서만 알려져 있는 실정이다.
탄성-완전소성의 재료를 가정하였으며, 비경화 丿2 유동이론(丿2 flow theory)이 적용되었다. 유한요소해석은 ABAQUS 6.

제안 방법

유한요소모델은 대칭조건을 고려해 1/2 만을 해석에 적용하였으며, 그림에서와 같이 균열선단에서는 매우 조밀한 요소를 사용하였다. 모델에 인장하중과 굽힘하중을 가하기 위해 해석 모델의 상단 끝 모서리 절점들에 강제변위를 가하였으며, 시편이 충분한 한계하중 상태에 도달하도록 하였다. 본 연구에서 적용된 시편의 형상은 a/t=c/t=0.
모델에 인장하중과 굽힘하중을 가하기 위해 해석 모델의 상단 끝 모서리 절점들에 강제변위를 가하였으며, 시편이 충분한 한계하중 상태에 도달하도록 하였다. 본 연구에서 적용된 시편의 형상은 a/t=c/t=0.4, b/t=0.2 이며, 5 가지의 다른 노치각도 於30°, 60°, 70°, 80°, 90° 를 고려하였다. (Fig.
본 연구에서는 굽힘하중이 작용하는 비대칭노치시편에 대해 노치각도에 따라 두 가지의 유동선장을 제안하였으며, 제안된 유동선장으로부터 한계하중과 노치선단응력을 노치각도의 함수로 나타내었다. 노치각도가 30° 미만의 경우와 90° 인 경우는 잘 알려져 있는 유동선장의 결과와 잘 일치하였다.
9 는 해석에 적용된 전형적인 유한요소모델의 형상을 나타낸 것이다. 유한요소모델은 대칭조건을 고려해 1/2 만을 해석에 적용하였으며, 그림에서와 같이 균열선단에서는 매우 조밀한 요소를 사용하였다. 모델에 인장하중과 굽힘하중을 가하기 위해 해석 모델의 상단 끝 모서리 절점들에 강제변위를 가하였으며, 시편이 충분한 한계하중 상태에 도달하도록 하였다.

데이터처리

또한 제시한 유동선장 해석의 타당성을 검증하기 위해 비경화소성에 입각한 유한요소해석의 결과와 비교할 것이다. 2 장에서는 인장하중을 받는 비대칭노치시편의 유동선장에 대한 검토와 굽힘하중에 대한 두가지 유동선장을 제시할 것이다.
비대칭노치시편에 대해 제안된 유동선장을 검증하기 위해 유동선장 해석의 결과와 소변형(small geometry change) 유한요소한계해석의 결과를 비교하였다. 탄성-완전소성의 재료를 가정하였으며, 비경화 丿2 유동이론(丿2 flow theory)이 적용되었다.

이론/모형

탄성-완전소성의 재료를 가정하였으며, 비경화 丿2 유동이론(丿2 flow theory)이 적용되었다. 유한요소해석은 ABAQUS 6.4 를 사용하였으며, 해석에 적 용된 요소는 비압축성 의 문제 를 고려 하여 8절점 평면변형률 요소인 CPE8R"”를 사용하였다. Fig.

성능/효과

Fig. 13(b)로부터 인장하중을 받는 경우에는 노치각도가 증가함에 따라 균열선단의 삼축응력 값이 감소하지만, 굽힘하중을 받는 경우에는 노치각도의 증가에 따라 삼축응력의 값이 증가하는 매우 다른 경향을 보임을 알 수 있다. 따라서 노치각도를 변화시킴으로 다양한 균열선단의 삼축응력 값을 얻을 수 있다.
본 연구에서 제안된 유동선장으로부터 노치각도가 증가함에 따라 한계모멘트는 감소하고 균열선단의 삼축응력은 증가함을 알 수 있었다. 또한 제안된 유동선장의 검증을 위해 유한요소해석의 결과와 비교를 하였으며, 모든 경우에 대략 2% 이내에서 잘 일치하였다. 비대칭노치시편의 흥미로운 점은 노치각도에 따른 삼축응력의 분포경향이 인장하중을 받는 경우와 굽힘하중을 받는 경우가 매우 다르다는 것이다.
노치각도가 30° 미만의 경우와 90° 인 경우는 잘 알려져 있는 유동선장의 결과와 잘 일치하였다. 본 연구에서 제안된 유동선장으로부터 노치각도가 증가함에 따라 한계모멘트는 감소하고 균열선단의 삼축응력은 증가함을 알 수 있었다. 또한 제안된 유동선장의 검증을 위해 유한요소해석의 결과와 비교를 하였으며, 모든 경우에 대략 2% 이내에서 잘 일치하였다.
4(b)와 같이 대략 2% 이내에서 매우 잘 일치함을 알 수 있다. 인장하중을 받는 비대칭노치시편에 대해 알려져 있는 유동선장의 결과와 본 연구의 유한요소해석의 결과가 잘 일치한다는 것으로부터 본 연구의 타당성을 검증할 수 있었다.

후속연구

따라서 a/w 와 c/w 의 값을 변경하는 것에 의해 굽힘과 인장하중의 비는 조정되어질 수 있다. 이렇게 보완된 C(T) 시편에 대한 검증을 하기 위해서는 인장하중과 굽힘하중이 동시에 작용하는 경우에 대한 추가적인 고찰이 필요할 것으로 생각된다.

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저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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