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Cohesive Zone Model을 이용한 압입자 형상에 따른 균열특성분석
Analysis of Cracking Characteristics with Indenter Geometry Using Cohesive Zone Model 원문보기

大韓機械學會論文集. Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers. A. A, v.37 no.12, 2013년, pp.1453 - 1463  

현홍철 (서강대학교 기계공학과) ,  이진행 (한국원자력연구원) ,  이형일 (서강대학교 기계공학과) ,  김대현 (서울과학기술대학교 융합기술대학원) ,  한준희 (한국표준과학연구원)

초록
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본 연구에서는 유한요소해석과 압입시험으로 압입자 형상이 압입균열특성에 미치는 영향을 조사했다. 본 논문에서는 Lee 등(2012)이 제시한 cohesive zone 모델특성 및 균열생성, 진전을 위한 해석조건에 기초해 다양한 균열해석을 수행했다. 우선, 사각뿔 및 삼각뿔 압입균열 시험과 해석을 비교해 해석모델의 유효성을 검증했다. 아울러 비대칭 압입자에 의한 압입시, 압입하부에서 비대칭 균열의 발생여부를 해석적으로 관찰했다. 최종적으로 압입발생 균열수와 균열길이 관계를 조사했다. 균열수와 균열길이 관계 및 동일 압입자형상(압입자 모서리수)에서 압입자각에 따른 균열길이 변화를 이용하면, 특정 압입자 형태의 압입시험에서 얻은 균열길이 만으로 다양한 압입자 형태의 균열길이를 예측할 수 있다.

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

In this study, we investigated the effect of the indenter geometry on the crack characteristics by indentation cracking test and FEA. We conducted various cohesive finite element simulations based on the findings of Lee et al. (2012), who examined the effect of cohesive model parameters on crack siz...

주제어

#압입 균열시험   #분리요소모델   #압입자 형상   #균열수   #유한요소해석  

질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
CZM가 개발된 원리는? CZM은 원자들간의 작용력과 거리 사이의 관계에 기초해 개발된 것으로, 미소크기의 재료거동 모사에 적합하다. 압입 균열시험과 같이 균열 생성 면이 예상되는 해석에서는 CZM이 유용하게 사용될 수 있다.
압입시험의 장점은? 즉, 압입시험에 의해 발생하는 다수 균열시스템과 표준방법 (SENB: Single-Edge Notched Beam, CT: Compact Tension 시험 등)으로 얻어지는 단일 균열시스템을 연결 시키려는 노력이 계속 수행되어왔다. 압입시험은 전통적인 파괴인성 평가법과 달리 작은 시편에 바로 적용할 있으며, 한번의 압입만으로 쉽고 빠르게 파괴인성을 측정할 수 있어 시간 및 비용 측면에서 상당히 유리한 평가 법이다. 압입 파괴인성 평가에 주로 사용되는 수식은 Lawn 등(1)에 의해 제시됐다.
표면균열 상태만 가지고 최종 균열형상을 판단할 수 없는 이유는? 또한 α 를 얻기 위한 구체적인 방법도 제시하지 않았다. 한편 실 압입시험에서는 압입시험 중 균열생성 및 진전 과정을 살펴보기 힘들다. 따라서 표면균열 상태만 가지고 최종 균열형상을 판단할 수 없다.
질의응답 정보가 도움이 되었나요?

참고문헌 (23)

  1. Lawn, B.R., Evans, A.G. and Marshall, D.B. 1980, "Elastic / Plasic Indentation Damage in Ceramics: the Median/Radial Crack System," Journal of the American Ceramic Society, Vol. 63, pp. 574-581. 

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  2. Anstis, G.R., Chantikul, P., Lawn, B.R. and Marshall, D.B., 1981, "A Critical Evaluation of Indentation Techniques for Measuring Fracture Toughness: I, Direct Crack Measurements," Journal of the American Ceramic Society, Vol. 64, pp. 533-538. 

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  3. Hill, R., 1950, The mathematical theory of plasticity. Oxford University Press, Oxford, UK. 

  4. Lee, J.H., Gao, Y., Johanns, K.E. and Pharr, G.M., 2012, "Cohesive Interface Simulations of Indentation Cracking as a Ftracture Toughness Measurement Method for Brittle Materials," Acta Materialia, Vol. 60, pp. 5448-5467. 

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  5. Dukino, R.D. and Swain, M.V., 1992, "Comparative Measurement of Indentation Fracture Toughness with Berkovich and Vickers Indenters," Journal of the American Ceramic Society, Vol. 75, pp. 3299-3304. 

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  6. Ouchterlony, F., 1976, "Stress Intensity Factors for the Expansion Loaded Star Crack," Engineering Fracture Mechanics, Vol. 8, pp. 447-448. 

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  7. Laugier, M.T., 1985, "The Elastic/Plastic Indentation of Ceramics," Journal of Materials Science Letters, Vol. 4, pp. 1539-1541. 

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  8. Ponton, C.B. and Rawlings, R.D., 1989a, "Vickers Indentation Fracture Toughness Test: Part 1. Review of Literature and Formulation of Standardised Indentation Equations," Materials Science and Technology, Vol. 5, pp. 865-872. 

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  11. Niihara, K., 1983, "A Fracture Mechanics Analysis of Indentation-induced Palmqvist Cracks in Ceramics," Journal of Materials Science Letters, Vol. 2, pp. 221-223. 

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  14. Tang, Y., Yonezu, A., Ogasawara, N., Chiba, N. and Chen, X., 2008, "On Radial Crack and Half-penny Crack Induced by Vickers Indentation," Proceedings of the Royal Society A, Vol. 464, pp. 2967-2984. 

  15. Gao, Y.F. and Bower, A.F., 2004, "A Simple Techniques for Avoiding Convergence Problems in Finite Element Simulations of Crack Nucleation and Growth on Cohesive Interfaces," Modelling and Simulation in Materials Science and Engineering, Vol. 12, pp. 453-563. 

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  16. Hutchinson, J.W. and Evans, A.G., 2000, "Mechanics of Materials: Top-down Approaches to Fracture," Acta Materialia, Vol. 48, pp. 125-135. 

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  17. Williams, J.G., 2002, "Analytical Solutions for Cohesive Zone Models," Journal of the Mechanics and Physics of Solids, Vol. 36, pp. 809-825. 

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  19. ABAQUS User's Manual, Version 6.11, 2012, Dassault Systemes Simulia Corp., Providence, RI, USA. 

  20. Maerky, C., Guillou, M.-O., Henshall, J.L. and Hopper, R.M., 1996, "Indentation hardness and fracture toughness in single crystal TiC0.96. Materials Science and Engineering A, Vol. 209, pp. 329-336. 

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  21. Jang, J. and Pharr, G.M., 2008, "Influence of Indenter Angle on Cracking in Si and Ge During Nanoindentation," Acta Materialia, Vol. 56, pp. 4458-4469. 

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  22. Oliver, W. C. and Pharr, G. M., 1992, "An Improved Technique for Determining Hardness and Elastic Modulus Using Load and Displacement Sensing Indentation Experiments," Journal of Materials Research, Vol. 7, pp. 1564-1583. 

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  23. Shim, S., Oliver, W.C. and Pharr, G.M., 2007, "A Comparison of 3D Finite Element Simulation for Berkovich and Conical Indentation of Fused Silica," International Journal of Surface Science and Engineering, Vol. 1, pp. 259-273. 

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