선택한 단어 수는 입니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
선택한 단어 수는 30입니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
문제 정의
- 본 연구에서는 용접열영향부의 균열진전과 흡수에너지의 관계를 분석하였다. 이를 위해 샤르피 충격실험과 유한요소해석을 이용한 전산파괴기법을 적용하였다.
- 본 연구자는 용접열영향부의 기계적 물성과 GTN 모델의 매개변수를 얻기 위해 용접열영향부의 경도실험을 수행하였다. 그림 5는 용접열영향부, 모재 그리고 용접금속(weld metal) 부위에서 측정된 비커스 경도값(Hv)을 나타낸 것이다.
제안 방법
- 용접열영향부는 최대 4개 영역으로 구분된다(Kang 등, 1998). 그래서 본 연구자는 용접열영향부를 2개 영역, 3개 영역 그리고 4개 영역으로 나누었다. 그림 4는 본 연구에서 적용된 용접열영향부를 나타내었다.
- Gurson(1977)은 기공체에 기공이 규칙적으로 배치되어 있고 기공체는 가운데가 빈 구체들의 집합체라고 가정하였다. 그리고 하나의 구체에 대한 상계해법으로 소성유동을 해석하였다. 그는 Von Mises 항복이론에 정수압 응력의 영향을 고려하여 항복이론을 제안하였다.
- 그 이유는 그가 사용한 재료와 본 연구자가 사용한 재료가 동일하기 때문이다. 나머지 기공의 성장과 합체에 연관된 두 매개변수인 fc, ff는 샤르피 충격실험의 흡수에너지와 유한요소해석으로 계산된 흡수에너지를 반복적으로 비교하여 결정하였다. 이 매개변수 결정방법은 Bernauer(2002) 논문에 소개되어 있다.
- 본 연구에서 Case-2의 흡수에너지 결과 값이 가장 잘 일치하였다. 따라서 본 연구자는 Case-2의 균열진전과 흡수에너지의 관계를 분석했다.
- 따라서 본 연구자는 샤르피 용접시편의 노치위치를 변화시켜 샤르피 충격실험과 유한요소해석을 수행하였다. 우리는 용접열영향부의 기계적인 물성을 비커스 경도시험으로 도출하여 유한요소해석에 적용하였다.
- 실험과 해석을 통해서 노치위치가 흡수에너지와 균열 진전에 미치는 영향을 분석하였다. 또한 우리는 유한요소해석에 용접열영향부를 적용하는 기준을 제시하였다.
- 그러므로 샤르피 충격실험을 모사하기 위해서는 변형률 속도에 따른 인장강도가 유한요소해석에 적용되어야 한다. 본 연구자는 Instron VHS 8800을 사용하여 변형률 속도 1, 50, 100(s-1)에서 인장실험을 수행하였다. 인장실험은 각각의 변형률 속도마다 2번씩 수행되었다.
- HAZ의 강도가 증가되면 GTN 모델의 매개변수인 fc, ff는 감소된다(Schmitt 등, 1997). 본 연구자는 선행 연구자의 연구결과를 근거로 하여 경도와 매개변수인 fc, ff의 관계를 제안하였다. 식 (7), (8)은 본 연구에서 제안된 식이다.
- 7을 이용하여 모사하였다. 본 연구자는 하중 조건 및 시편의 대칭성을 고려하여 Z축으로 1/2 대칭조건을 사용하였다. 그림 3은 시편의 3차원 모습이고, 중앙의 노드(node)는 대칭조건이 적용된 것을 나타낸 것이다.
- 여기서 사용된 파괴모델은 Gurson-Tvergaard-Needleman(GTN)모델이다. 실험과 해석을 통해서 노치위치가 흡수에너지와 균열 진전에 미치는 영향을 분석하였다. 또한 우리는 유한요소해석에 용접열영향부를 적용하는 기준을 제시하였다.
- 이를 위해 샤르피 충격실험과 유한요소해석을 이용한 전산파괴기법을 적용하였다. 용접열영향부의 다양한 기계적 물성을 유한요소해석에 적용하기 위해 본 연구자는 용접열영향부를 2개 영역, 3개 영역, 4개 영역으로 나누었다. 본 연구자는 다음과 같은 결론을 도출하였다.
- 따라서 본 연구자는 샤르피 용접시편의 노치위치를 변화시켜 샤르피 충격실험과 유한요소해석을 수행하였다. 우리는 용접열영향부의 기계적인 물성을 비커스 경도시험으로 도출하여 유한요소해석에 적용하였다. 유한요소해석에서 용접열 영향부를 2개 영역, 3개 영역, 4개 영역으로 나누어 샤르피 충격실험을 모사하였다.
- 우리는 용접열영향부의 기계적인 물성을 비커스 경도시험으로 도출하여 유한요소해석에 적용하였다. 유한요소해석에서 용접열 영향부를 2개 영역, 3개 영역, 4개 영역으로 나누어 샤르피 충격실험을 모사하였다. 여기서 사용된 파괴모델은 Gurson-Tvergaard-Needleman(GTN)모델이다.
- 본 연구자는 Instron VHS 8800을 사용하여 변형률 속도 1, 50, 100(s-1)에서 인장실험을 수행하였다. 인장실험은 각각의 변형률 속도마다 2번씩 수행되었다. 실험기의 최대속도는 20(m/s)이고, 최대하중은 60(KN)이다.
대상 데이터
- 그들은 이 시편으로 샤르피 충격실험을 수행하여 충격인성을 측정하였다. 그들이 사용한 재료는 SA508 Cl. 3이다. 그들은 용접부에 가까운 영역의 충격인성은 낮고 모재에 가까운 영역의 파괴 인성은 높다고 보고하였다.
- 본 연구에서 이용한 실드아크용접(SMAW:shielded metal-arc welding)은 아크 및 용접금속의 보호매질로서 대기를 차단하면서 용접하는 방법이다. 그림 1과 같이 두께가 25mm인 평판 중간을 실드아크용접을 하였고, 실드아크용접시편을 표면의 1/4t인 위치에서 채취하였다. 그림 1에 파선(dashed line)은 용접평판에서 샤르피 용접시편 채취 위치를 나타낸 것이다.
- 본 연구에 사용된 재료는 압력용기에 사용되는 SA-516 Gr.70탄소강이다. 재료의 화학적 조성은 표 1과 같다.
- 이 변수들 중 파괴모사에서 가장 중요한 변수는 fc, ff이다. 본 연구자는 fc, ff를 제외한 7가지 변수는 선행 연구자(Chang 등, 2006)의 값을 사용하였다. 그 이유는 그가 사용한 재료와 본 연구자가 사용한 재료가 동일하기 때문이다.
- 시편의 길이는 55mm이고, 시편 단면의 면적은 10×10mm이다.
- 25mm이다. 시험대 다이 간격은 40mm이고, 해머 선단의 반경은 8mm이다.
- 실험기의 최대속도는 20(m/s)이고, 최대하중은 60(KN)이다. 실험에서 동적 특성이 좋은 로드셀(Piezo-Electric load cell-kistler 9071A) 이 사용되었다. 그림 6은 동적인장실험에 사용된 시편의 형상 및 치수이다.
- 그림 8은 실험으로 측정된 흡수에너지와 유한요소해석으로 계산된 흡수에너지를 비교한 것이다. 실험으로 측정된 흡수에너지는 노치가 용접금속으로부터 0.5mm에 위치할 때 (NT-0.5) 238J이고, 노치가 용접금속으로부터 1.5mm에 위치할 때(NT-1.5) 176J이다. 노치가 HAZ의 중간에 위치할 때(NT-1.
- 재료의 화학적 조성은 표 1과 같다. 재료의 항복강도는 367MPa, 인장강도는 690MPa이고, 연신률은 34%이다. 시편의 용접조건은 다음과 같다.
- 노치선단과 균열이 진행될 것으로 예측되는 부분은 요소크기를 250μm로 생성하였고, 가장 큰 요소의 크기는 2000μm이다. 총 소요된 요소 수는 3,800개이다. 노치 근처 요소는 3차원 8절점 저감적분요소가 적용되었고, 천이 영역 부분 요소는 3차원 4절점 요소가 적용되었다.
이론/모형
- 본 연구에서 우리는 샤르피 충격실험을 상용 유한요소프로그램 ABAQUS 6.7을 이용하여 모사하였다. 본 연구자는 하중 조건 및 시편의 대칭성을 고려하여 Z축으로 1/2 대칭조건을 사용하였다.
- 본 연구자는 ASTM E 23-02규정에 따라 샤르피 실험을 수행하였다. 시편의 길이는 55mm이고, 시편 단면의 면적은 10×10mm이다.
- 본 연구자는 균열진전을 모사하기 위해 요소제거(element removing)기법을 사용하였다(Tvergaard, 1982). 이 기법은 요소의 적분점에서 계산된 특정 값(응력, 기공분률, 변형률 등)이 임계 값(파괴응력, 임계기공분률, 파괴 변형률)에 도달하게 되면 그 요소의 강성을 0(zero)으로 만든다.
- 본 연구자는 변형률 속도 100(s-1)이상에서 항복강도를 예측하기 위해 strain rate power law를 사용하였다. 식 (9)는 변형률 속도와 항복강도의 관계식이다.
- 유한요소해석에서 용접열 영향부를 2개 영역, 3개 영역, 4개 영역으로 나누어 샤르피 충격실험을 모사하였다. 여기서 사용된 파괴모델은 Gurson-Tvergaard-Needleman(GTN)모델이다. 실험과 해석을 통해서 노치위치가 흡수에너지와 균열 진전에 미치는 영향을 분석하였다.
- 본 연구에서는 용접열영향부의 균열진전과 흡수에너지의 관계를 분석하였다. 이를 위해 샤르피 충격실험과 유한요소해석을 이용한 전산파괴기법을 적용하였다. 용접열영향부의 다양한 기계적 물성을 유한요소해석에 적용하기 위해 본 연구자는 용접열영향부를 2개 영역, 3개 영역, 4개 영역으로 나누었다.
- 특히 이 요소제거기법은 용접시편과 같이 비균질재료의 균열진전모사에 가장 적합하다. 파괴기준으로 Gurson-Tvergaard-Needleman(GTN)모델의 임계기공분율이 사용되었다. 해머속도는 5(m/s), 충돌시간은 0.
성능/효과
- (1) 용접열영향부를 3개 영역으로 나누어 유한요소해석에 적용했을 때 해석 결과와 실험결과의 차이가 10%이내로 계산되었다. 따라서 샤르피 용접시편의 전산파괴모사를 하기 위해서는 용접열영향부는 적어도 3개 영역 이상으로 나누어서 유한요소해석에 적용되어야 한다.
- (2) 용접열영향부에서 균열은 강도가 작은 모재 쪽으로 진전되고 흡수에너지는 균열진전경로에 의존적이다. 감사의 글
- 또한 Tvergaard 등(2004)은 3차원 유한요소법을 사용하여 용접 부위와 샤르피 시편 노치의 상대적인 방향에 따른 모재, 용접부위 및 용접열영향부의 파괴거동을 연구하였다. 그리고 3차원 변형해석 결과가 취성-연성파괴 전이에 많은 영향이 있음을 보여주었다. Jang 등(2008)은 노치위치에 따른 충격 인성 변화를 유한요소해석과 실험으로 분석하였다.
- 본 연구에서 Case-2의 흡수에너지 결과 값이 가장 잘 일치하였다. 따라서 본 연구자는 Case-2의 균열진전과 흡수에너지의 관계를 분석했다.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.