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두꺼운 배관에 존재하는 축방향 경사관통균열의 탄성파괴역학 매개변수 계산
Estimates of Elastic Fracture Mechanics Parameters for Thick-Walled Pipes with Slanted Axial Through-Wall Cracks 원문보기

大韓機械學會論文集. Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers. A. A, v.36 no.12, 2012년, pp.1521 - 1528  

한태송 (서울과학기술대학교 기계시스템디자인공학과) ,  허남수 (서울과학기술대학교 기계시스템디자인공학과)

초록
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본 논문에서는 두꺼운 배관에 존재하는 축방향 경사관통균열의 탄성응력확대계수 및 탄성 균열열림변위 해를 제시하였다. 이를 위해 배관의 두께, 기준균열길이, 경사관통균열 길이비를 체계적으로 변화시키며 3차원 탄성 유한요소해석을 수행하였다. 하중조건으로는 균열 성장에 영향을 미치는 내압을 고려하였다. 유한요소해석 결과를 바탕으로 두꺼운 배관에 존재하는 이상적인 축방향 관통균열과 경사관통균열에 대한 탄성응력확대계수와 탄성 균열열림변위를 균열선단 및 두께를 따라 제시하였다. 특히 응력확대 계수의 경우에는 이상적인 축방향 관통균열 결과로부터 쉽게 경사관통균열의 응력확대계수를 구할 수 있는 경사관통균열 보정계수를 제시하였다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

The present paper provides the elastic stress intensity factors (SIFs) and the crack opening displacements (CODs) of a thick-walled pipe with a slanted axial through-wall crack. For estimating these elastic fracture mechanics parameters, systematic three-dimensional elastic finite element (FE) analy...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 따라서 본 논문에서는 두꺼운 배관에 존재하는 축방향 경사관통균열의 균열진전거동 및 누설률 예측을 위해 필요한 탄성응력확대계수 및 COD 해를 제시하였다. 이를 위해 배관의 두께 조건 및 균열 형상을 다양하게 변화시키며 축방향 경사관 통균열 배관에 대한 3차원 탄성유한요소해석을 수행하였다.
  • 본 논문에서는 두꺼운 배관에 존재하는 축방향 경사관통균열의 탄성응력확대계수 및 탄성 COD 해를 제시하였다. 이를 위해 배관의 두께, 기준균 열길이, 경사관통균열 길이비를 체계적으로 변화시키며 3차원 탄성 유한요소해석을 수행하였다.
  • 본 논문에서는 두꺼운 배관에 존재하는 축방향 경사관통균열이 응력확대계수에 미치는 영향을 정량화하기 위해 경사관통균열 보정계수 G를 다음과 같이 정의하였다.
  • 본 논문에서는 응력확대계수 및 COD에 영향을 미치는 기하학적 인자를 고려하기 위해 각 변수를 체계적으로 고려하여 해석을 수행하였다. 먼저 두꺼운 배관 형상을 고려하기 위해 배관의 Rm/t값으로 2, 3, 5의 세 가지 경우를 고려하였으며, 균열길 이의 영향을 고려하기 위해 4가지의 기준균열길이 (내면에서의 균열길이, a1 또는 ρ1)와 5가지의 경사 관통균열길이비(내면과 외면 균열길이의 비)를 고려하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
배관 계통은 어떤 구조물로 고려되어지는가? 배관 계통은 플랜트 기계 구조물 중 많은 부분을 차지하며 플랜트의 안전성 측면에서도 매우 중요한 기계 구조물로 고려되고 있다. 이에 따라 원자력, 가스, 중화학 등 대부분의 에너지 플랜트에서 균열이 존재하는 배관 계통의 건전성을 정확하게 평가하기 위한 파괴역학적 평가 방법론이 지난 30여년간 다수 제시되어 왔다.
균열진전거동을 평가하기 위한 탄성응력확대계수는 무엇을 따라 제시되었는가? 축방향 경사관통균열임을 고려하여 하중조건으로는 내압만을 고려하였다. 균열진전거동을 평가하기 위한 탄성응력확대계수는 균열선단을 따라 제시되었으며, 누설률 평가를 위한 COD는균열의 중심에서 두께를 따라 계산되었다.
본 논문에서 제시된 탄성 COD 결과는 향후 소성 COD 결과와 함께 전체 탄소성 COD 평가를 위해 적용될 수 있으며 혹은 보수적 평가를 위해 탄성 COD 자체로도 적용될 수 있는 이유는? 원자력 배관의 상세 누설률 평가를 위해서는 탄소성 COD 값이 적용되는 것이 바람직하지만 탄소성 COD 값이 없는 경우에는 탄성 COD를 사용 하여 보수적인 누설률 평가가 가능하다. 따라서 본 논문에서 제시된 탄성 COD 결과는 향후 소성 COD 결과와 함께 전체 탄소성 COD 평가를 위해 적용될 수 있으며 혹은 보수적 평가를 위해 탄성
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참고문헌 (11)

  1. Rahman, S., Brust, F., Ghadiali, N. and Wilkowski, G., 1998, "Crack-opening-area Analyses for Circumferential Through-wall Cracks in Pipes-part I: Analytical Models," International Journal of Pressure Vessels and Piping, Vol. 75, pp. 357-373. 

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  5. Rudland, D., Shim, D.J. and Csontos, A., 2008, "Natural Flaw Shape Development Due to Stress Corrosion Cracking," PVP2008-61205, ASME Pressure Vessels and Piping Conference. 

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  9. Navid, H., Fenner, R.T., Nadiri, F. and Webster, G.A., 1985, "Stress Intensity Factors for Internal and External Cracks in Pressurised Thick-walled Cylinders," International Journal of Pressure Vessels and Piping, Vol. 18, pp. 241-254. 

  10. Kirkhope, K.J., Bell, R. and Kirkhope, J., 1991, "Stress Intensity Factors for Single and Multiple Semi- Elliptical Surface Cracks in Pressurized Thick-walled Cylinders," International Journal of Pressure Vessels and Piping, Vol. 47, pp. 247-257. 

  11. "User's Manual," ABAQUS Ver. 6.11-1, Dassault, 2012. 

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