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원주방향 관통균열이 용접부 중앙에 존재하는 V-그루브 맞대기 용접배관의 한계하중 해석
Mismatch Limit Load Analyses for V-groove Welded Pipe with Through-wall Circumferential Defect in Centre of Weld 원문보기

大韓機械學會論文集. Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers. A. A, v.37 no.11, 2013년, pp.1379 - 1386  

김상현 (고려대학교 기계공학과) ,  한재준 (고려대학교 기계공학과) ,  정진택 (고려대학교 기계공학과) ,  김윤재 (고려대학교 기계공학과)

초록
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본 논문에서는 용접부 중앙에 원주방향 관통균열이 있는 V-그루브 맞대기 용접 배관의 한계하중 해석을 수행하였다. V-그루브 맞대기 용접 배관이 그루브 각 $45^{\circ}$, $90^{\circ}$를 갖는 형상에 대한 한계하중 식을 제시하기 위해 용접 형상의 변화에 따른 용접부 너비를 정의하였고 강도불일치 비, 용접부 너비, 균열 길이 및 배관 반경 비에 대한 체계적인 변수 해석을 수행 하였다. 모재와 용접재는 탄성 완전소성재료로 가정하였으며 상불일치와 하불일치 조건에서의 인장 하중과 굽힘 하중에 대한 강도불일치 한계하중이 강도불일치 비($M_F$)와 형상변수(${\psi}$)를 통해 정량화 됨을 유한요소 해석을 통해 확인하였다.

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

The present work reports the mismatch limit loads for a V-groove welded pipe for a circumferential crack using finite element (FE) analyses. To integrate the effect of groove angles on mismatch limit loads, one geometry-related slenderness parameter was modified by relevant geometric parameters incl...

주제어

#강도불일치   #유한요소해석   #한계하중   #V-그루브 맞대기 용접  

AI 본문요약
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문제 정의

  • 실제 발전설비의 배관은 용접 시에 V-그루브 맞대기 용접을 수행한다. 따라서 본 논문에서는 V-그루브 맞대기 용접부의 원주방향 관통균열에 대한 강도불일치 한계하중 해석을 수행하였으며 이를 바탕으로 유효 용접부 너비를 제시하여 기존에 제시된 강도불일치 한계하중 식(8)에 적용이 가능하도록 하였다. 이를 위해 다양한 균열 형상 및 용접부 너비, 배관의 반경 비를 고려한 유한요소 해석을 수행하였다.
  • 본 연구에서는 V-그루브 맞대기 용접부 중앙에 존재하는 원주방향 관통균열에 대하여 용접부의 강도불일치 특성을 고려한 한계하중 해석을 수행하였다. 기존에 제시되었던 이상화된 단순 띠 형태의 용접부에서의 한계하중 식을 이용하여 V-그루브 용접부 형상에 대해 적용이 가능하도록 형상 변수를 수정하였다.

가설 설정

  • 그루브 각이 없는 맞대기 용접배관에 대한 한계 하중 식(8)이 그루브 각이 존재할 경우에도 적용가능한지 확인하기 위해 선행연구에서 사용한 변수 중 강도불일치 비(MF)와 대상형상의 반경 비 (r/t)는 대상 변수의 양극값을 사용하였다. 배관에 작용하는 하중은 Fig. 1 과 같이 축방향 인장 하중과 굽힘 하중을 고려하였으며 한계하중 해석을 위해 재료는 탄성 완전소성 재료로 가정하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
용접부란 무엇인가? 용접부는 강도가 서로 다른 모재와 용접재가 만나는 지점으로 그 취약성으로 인해 균열이 발생하기 쉬운 것으로 알려져 있다. 이와 같은 특성을 고려하여 균열이 존재하는 용접부에 대한 한계하중 해석 시 재료의 강도불일치를 고려할 필요가 있으며 이를 강도불일치 한계하중(strength mismatch limit laod) 해석(1~3)이라 한다.
실제 발전설비의 배관 용접시 수행되는 용접은 무엇인가? (8)이러한 연구들은 용접부를 이상화하여 그루브 각이 없는 용접부 균열에 대한 한계하중을 다루고 있다. 실제 발전설비의 배관은 용접 시에 V-그루브 맞대기 용접을 수행한다. 따라서 본 논문에서는 V-그루브 맞대기 용접부의 원주방향 관통균열에 대한 강도불일치 한계하중 해석을 수행하였으며 이를 바탕으로 유효 용접부 너비를 제시하여 기존에 제시된 강도불일치 한계하중 식(8)에 적용이 가능하도록 하였다.
강도불일치 한계하중 해석은 용접부의 어떤 성질을 고려한 것인가? 용접부는 강도가 서로 다른 모재와 용접재가 만나는 지점으로 그 취약성으로 인해 균열이 발생하기 쉬운 것으로 알려져 있다. 이와 같은 특성을 고려하여 균열이 존재하는 용접부에 대한 한계하중 해석 시 재료의 강도불일치를 고려할 필요가 있으며 이를 강도불일치 한계하중(strength mismatch limit laod) 해석(1~3)이라 한다.
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참고문헌 (9)

  1. Schwalbe, K.H., Ainsworth, R.A., Eripret , C., Gilles, P., Kocak M., Pisarski H. and Wang Y.Y., 1997, "Common Views on the Effects of Yield Strength Mis- Match on Testing and Structural Assessment," GKSS Research Centre Publications, pp. 99-134. 

  2. Joch, J., Ainsworth, R.A. and Hyde, T.H., 1993, "Limit Load and J-Estimates for Idealized Problems of Deeply Cracked Welded Joints in Plane-Strain Bending and Tension," Fatigue Fract Engng Mater Struct , Vol. 16, pp. 1061-1079. 

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  3. Lei, Y. and Ainsworth, R.A., 1997, "A J Integral Estimation Method for Cracks in Welds with Mismatched Mechanical Properties," Int J Pres Ves Pipe , Vol. 70, pp. 237-45. 

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  4. Kim, Y.J. and Schwalbe, K.H., 2001, "Mismatch Effect on Plastic Yield Loads in Idealized Weldments : Ⅰ.Weld Centre Cracks, " Engineering Fracture Mechanics, Vol.68, pp. 163-182. 

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  5. Kim, Y.J. and Schwalbe, K.H., 2001,"Mismatch Effect on Plastic Yield Loads in Idealized Weldments : Ⅱ.Heat Affected Zone Cracks, " Engineering Fracture Mechanics, Vol.68, pp. 183-199. 

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  6. Kim, Y.J. and Schwalbe, K.H., "Conpendium of Yield Load Solutions for Strength Mis-Matched SE(T), SE(B) and C(T) Specimens," Engineering Fracture Mechanics, Vol.68, pp. 1137-1151. 

  7. Song, T.K., Kim, Y.J., Kim, J.S. and Jin, T.E., 2007, "Mismatch Limit Loads and Approximate J Estimates for Tensile Plates with Constant-Depth Surface Cracks in the Centre of Welds," Int J Fract, No. 4, Vol. 148, pp.343-60. 

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  8. Kim, J.S., Song, T.K., Kim, Y.J. and Jin, T.E., 2009 , "Strength Mismatch Effect on Limit Loads for Circumferential Surface Cracked Pipes," Engineering Fracture Mechanics, Vol 76, pp.1074-1086. 

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  9. ABAQUS, 2011, "ABAQUS Standard/User's Manual, Version 6.11," Dassault Systemes Simulia Corp., RI, 

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