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문제 정의
- 이것은 사고한계상태 설계 관점에서는 불리할 수 있다는 것을 의미한다. 또한 본 연구에서는 선상가열이 적용된 외판 구조물의 충돌과 같은 동적인 파단 문제를 다루고자 하는데, 이를 위해 우선 변형률 속도에 대한 두 가지 대표적인 구성방정식인 Cowper-Symonds 모델과 Johnson-Cook 모델의 이론적 배경을 설명하고, Cowper-Symonds 모델의 재료상수의 타당성을 검토하였다. 변형률 속도에 따른 재료 데이터를 확보하는 방법으로는 주로 고속 인장실험을 시행하여 재료 데이터를 확보하거나, 기존 연구자들의 문헌 검토및 재료 데이터 발췌를 통해 재료상수를 추정하는 방법이 있다.
- 본 연구에서는 사고한계상태(accidental limit state)에 대비한 합리적인 설계를 위하여 선상가열법(Jang et al., 2001; Lee, 1997) 등으로 열간성형되는 선박 외판 강재의 소성재료특성을 규명하려는 연구의 일환으로 열간가공된(또는 열성형된) 강재의 동적 재료 물성치를 수치해석을 통하여 분석및 정의하는데 연구의 주된 목적을 두었다. 본 연구의 결과로 부터 선상가열법으로 열성형된 강재의 기계적 물성치는 열하중에 의해 재료의 강도는 증가하나 열에 의한 경화로 인해 진파단 변형률(true fracture strain)은 낮아졌다(Lim, 2012).
- 본 연구에서는 열성형된 강재의 동적거동과 관련된 거동 특성을 분석하고 관련 재료상수의 도출에 관한 내용을 다루었다. Johnson-Cook 모델은 중-고변형률속도에 적합하며, Cowper-Symonds 모델은 소성변형으로 인한 열의 발생과 이에 따른 재료의 연화를 고려할 수 없기 때문에 선박과 같은 구조물의 사고한계상태에 적절한 모델로 알려져 있다.
- 선박의 일반적인 충돌이나 좌초사고의 경우 거의 대부분이 20노트 이하의 저속 충돌이어서 본 연구에서는 1000/s이상의 고변형률 속도의 경우는 제외하였다. 본 연구에서는 일반적인 연강과 선상가열을 적용한 강재에 대한 고속 인장실험을 수치적으로 구현하기 위해 아래와 같은 순서에 따라 변형률 속도에 따른 재료 데이터를 확보하였다.
- 10에 나타내었다. 본 연구에서는 입열에 의한 각변형량과 수축량이 재료의 물성치에는 큰 영향을 끼치지 않는다고 판단하여 무시 하였다. 수치해석에 사용된 온도변화에 따른 소성경화지수, n는 Fig.
가설 설정
- 그리고 수치해석 결과로부터 동적 경화계수를 도출하여 변형률 속도에 따른 관계를 도식화 하였다. 이를 위해 먼저 본 연구에서는 관련 문헌을 통해 동적경화 구성방정식이 변형률 속도만의 함수로 나타내어도 큰 오차가 없다는 가정을 하고, Choung 등(2011)이 상온에서 실시한 DH36 강재에 대한 고속 인장실험 결과와 본 연구의 수치해석 결과를 비교하여 Fig. 13에 나타내었다. 수치해석은 상용 유한요소해석 프로그램인 ABAQUS(Simulia, 2013) 를 이용하였으며, 이때 변형률속도는 준정적 변형률속도 (0.
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