기계 혹은 구조물의 파손 및 파괴는 소재의 내부에 존재하는 결함에서 발생하는 크랙에 의한 것이다. 이러한 크랙들은 밀집하여 존재하는 경우가 많기 때문에 크랙의 진전 및 성장특성들을 고려하지 않으면 안 된다. 이에 따라 본 연구에서는 표준 CT 시험편 내부의 크랙 및 구멍의 위치에 따른 파괴특성을 고찰하였으며, 표준CT 시험편에 편심된 집중하중을 가하였을 때, 시험편 내 크랙 주변의 구멍의 존재유무 및 위치에 따른 파괴역학적 거동에 대하여 규명하였다. 연구 결과로서 Model 3(크랙 주변에 구멍이 한 개 존재하는 시험편 모델로서 크랙의 끝부분과 구멍 간의 거리 가로방향으로 2mm의 경우)가 최대 변형량, 최대 응력 및 최대 변형 에너지, 모두 가장 크게 나타났으며, 모든 시험편 모델들이 시험편 내부의 크랙과 구멍의 거리가 가까울수록 최대 응력이 커지는 경향을 보였다. 또한 구멍의 개수와는 별개로 시험편 내부의 크랙 가까이에 구멍이 존재할 때 크랙 가까이에서 최대 응력은 커지는 경향이 나타나는 것을 알 수 있었으며, 이러한 본 연구 결과를 토대로 기계 혹은 기계 구조물 내부에 구멍을 뚫는다면, 시험편에 발생하는 파괴 응력의 값을 줄임으로써 파손이나 고장이 일어나는 것을 방지할 수 있을 것으로 사료된다.
기계 혹은 구조물의 파손 및 파괴는 소재의 내부에 존재하는 결함에서 발생하는 크랙에 의한 것이다. 이러한 크랙들은 밀집하여 존재하는 경우가 많기 때문에 크랙의 진전 및 성장특성들을 고려하지 않으면 안 된다. 이에 따라 본 연구에서는 표준 CT 시험편 내부의 크랙 및 구멍의 위치에 따른 파괴특성을 고찰하였으며, 표준CT 시험편에 편심된 집중하중을 가하였을 때, 시험편 내 크랙 주변의 구멍의 존재유무 및 위치에 따른 파괴역학적 거동에 대하여 규명하였다. 연구 결과로서 Model 3(크랙 주변에 구멍이 한 개 존재하는 시험편 모델로서 크랙의 끝부분과 구멍 간의 거리 가로방향으로 2mm의 경우)가 최대 변형량, 최대 응력 및 최대 변형 에너지, 모두 가장 크게 나타났으며, 모든 시험편 모델들이 시험편 내부의 크랙과 구멍의 거리가 가까울수록 최대 응력이 커지는 경향을 보였다. 또한 구멍의 개수와는 별개로 시험편 내부의 크랙 가까이에 구멍이 존재할 때 크랙 가까이에서 최대 응력은 커지는 경향이 나타나는 것을 알 수 있었으며, 이러한 본 연구 결과를 토대로 기계 혹은 기계 구조물 내부에 구멍을 뚫는다면, 시험편에 발생하는 파괴 응력의 값을 줄임으로써 파손이나 고장이 일어나는 것을 방지할 수 있을 것으로 사료된다.
The damage and fracture of machine or structure are caused by the crack happened from the defect existed at the inside of material. The properties of crack propagation and growth characteristic must be considered because there are many cases at which these cracks are densely existed. Therefore, this...
The damage and fracture of machine or structure are caused by the crack happened from the defect existed at the inside of material. The properties of crack propagation and growth characteristic must be considered because there are many cases at which these cracks are densely existed. Therefore, this study investigates the fracture property due to the position of crack and hole inside the standard compact tension (C. T.) specimen. When the concentrated load is applied eccentrically at the standard C. T. specimen, the fracture mechanical behavior due to the existence or non-existence and the position of hole near crack is investigated. As the result of analysis study, model 3 (in case of the distance of 2mm on the horizontal direction between the end part and hole as the specimen model existed with one hole near the crack) has the maximum deformation, stress and deformation energy of the most values among three models. As the distance between the crack and hole inside the specimen becomes nearer, the maximum stress becomes higher in cases of three models. Apart from the number of holes, it is seen that the maximum stress becomes higher near the crack when the hole exists near the crack inside the specimen. If the hole inside the machine or the mechanical structure is punctured by using the result of this study, it is thought that the occurred breakage or breakdown can be prevented by reducing the fracture stress happened at the specimen.
The damage and fracture of machine or structure are caused by the crack happened from the defect existed at the inside of material. The properties of crack propagation and growth characteristic must be considered because there are many cases at which these cracks are densely existed. Therefore, this study investigates the fracture property due to the position of crack and hole inside the standard compact tension (C. T.) specimen. When the concentrated load is applied eccentrically at the standard C. T. specimen, the fracture mechanical behavior due to the existence or non-existence and the position of hole near crack is investigated. As the result of analysis study, model 3 (in case of the distance of 2mm on the horizontal direction between the end part and hole as the specimen model existed with one hole near the crack) has the maximum deformation, stress and deformation energy of the most values among three models. As the distance between the crack and hole inside the specimen becomes nearer, the maximum stress becomes higher in cases of three models. Apart from the number of holes, it is seen that the maximum stress becomes higher near the crack when the hole exists near the crack inside the specimen. If the hole inside the machine or the mechanical structure is punctured by using the result of this study, it is thought that the occurred breakage or breakdown can be prevented by reducing the fracture stress happened at the specimen.
실제적으로 이들 크랙은 밀집하여 존재하는 일이 허다하기 때문에 크랙의 성장특성과 함께 근접 분포크랙의 간섭과 합체에 의한 성장도 생각하지 않으면 안 된다.(5~9)본 연구에서는 표준 CT 시험편에 대하여 시뮬레이션 해석을 수행하였으며, 비교를 위해 3가지의 모델들을 추가적으로 모델링하여 연구를 진행하였다.(10~12) 시뮬레이션 해석에는 유한요소해석 프로그램인 ANSYS를 사용하여 구조 해석을 수행, 크랙의 진전을 연구하였고, 사전에 수행된 실험과 변형 에너지와 변형량, 응력 및 응력확대계수를 상호 비교해보았다.
제안 방법
(5~9) 본 연구에서는 표준 CT 시험편에 대하여 시뮬레이션 해석을 수행하였으며, 비교를 위해 3가지의 모델들을 추가적으로 모델링하여 연구를 진행하였다.(10~12)시뮬레이션 해석에는 유한요소해석 프로그램인 ANSYS를 사용하여 구조 해석을 수행, 크랙의 진전을 연구하였고, 사전에 수행된 실험과 변형 에너지와 변형량, 응력 및 응력확대계수를 상호 비교해보았다.(13~19) 이를 통하여 얻어진 결과값들을 바탕으로 재료 내에서 파괴를 일으킬 수 있는 크랙의 역학적 거동을 분석할 수 있고, 재료 내에 존재하는 크랙에 의해 재료의 변형과 변형에너지의 변화, 응력의 발생 및 증가로 재료의 파괴 가능성이 있음을 알 수 있었다.
대상 데이터
본 연구에서는 표준CT 시험편에 대하여 사전 실험을 수행하였으며, 이를 검증하기 위하여 4가지의 모델들을 3D 모델링하여 시뮬레이션 해석을 수행하였다. 시뮬레이션 해석에는 유한요소해석 프로그램인 ANSYS를 사용하여 구조 해석을 수행, 시험편 내의 크랙에 의한 시험편의 응력 발생량, 변형 에너지, 응력확대계수를 연구하였으며, 이를 통하여 도출된 결과를 실험 결과값들과 상호 비교해보았다.
성능/효과
(1) 각 시험편의 해석 결과값들을 비교해보았을 때 Model 3의 경우가 최대 변형량과 최대 변형 에너지, 최대 응력의 모든 결과값이 가장 크게 나타났다. 또한, 해석 결과 시험편 내의 구멍의 개수와는 별개로 구멍이 크랙과 가까울수록 발생하는 응력이 커지는 것으로 나타났다.
(2) 각 시험편에서의 최대 응력은 주로 크랙 부분이나 그 주변부위에서 발생하였으며, 최대 변형 에너지 역시 마찬가지로 시험편 내의 크랙 부분이나 그 주변부위에서 발생하는 것으로 나타났다.
(4) 본 연구에서 얻어진 결과값들을 통하여 재료 내에서 파괴를 일으킬 수 있는 크랙의 역학적 거동을 분석할 수 있고, 재료 내에 존재하는 크랙에 의해 재료의 변형과 변형 에너지의 변화, 응력의 발생 및 증가로 재료의 파괴 가능성이 있음을 알 수 있었다. 이를 바탕으로 하여 기계구조물 내에 구멍 등이 있을 때 그 인장파괴 가능성을 검증할 수 있는 자료로 사용될 수 있다고 사료된다.
(1) 각 시험편의 해석 결과값들을 비교해보았을 때 Model 3의 경우가 최대 변형량과 최대 변형 에너지, 최대 응력의 모든 결과값이 가장 크게 나타났다. 또한, 해석 결과 시험편 내의 구멍의 개수와는 별개로 구멍이 크랙과 가까울수록 발생하는 응력이 커지는 것으로 나타났다.
후속연구
(3) Model 2와 Model 4의 경우 구멍이 존재하지 않는 Model 1보다 최대 응력이 작게 나타났는데 이로써 최적의 위치를 찾아내어 크랙이 발생하기 쉬운 부분이나 취약한 부분에 구멍을 뚫어 배치한다면 기계 내지 기계 구조물의 파손 혹은 고장을 방지하는데 기여할 수 있을 것으로 사료된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
본 연구에서 시뮬레이션 해석으로 무엇을 연구하였는가
본 연구에서는 표준CT 시험편에 대하여 사전 실험을 수행하였으며, 이를 검증하기 위하여 4가지의 모델들을 3D 모델링하여 시뮬레이션 해석을 수행하였다. 시뮬레이션 해석에는 유한요소해석 프로그램인 ANSYS를 사용하여 구조 해석을 수행, 시험편 내의 크랙에 의한 시험편의 응력 발생량, 변형 에너지, 응력확대계수를 연구하였으며, 이를 통하여 도출된 결과를 실험 결과값들과 상호 비교해보았다. 다음에 도시된 Fig.
강도상에 있어 충분한 여유를 갖고 설계된 기계들 과 구조물에 파손이 일어나는 이유는 무엇인가
일반적으로 강도상에 있어 충분한 여유를 갖고 설계된 기계들 내지 구조물들도 파손이 일어나는 경우가 허다하며, 특히 고장력강 등의 경우 의외로 항복응력보다 더 낮은 응력에서도 파괴가 일어난다.(1~4) 이러한 기계 내지 구조물의 파손은 대부분 재료 내부에 존재하고 있는 결함에서부터 발생하는 크랙 진전에 의한 것이다. 실제적으로 이들 크랙은 밀집하여 존재하는 일이 허다하기 때문에 크랙의 성장특성과 함께 근접 분포크랙의 간섭과 합체에 의한 성장도 생각하지 않으면 안 된다.
크랙의 성장특성과 함께 근접 분포크랙의 간섭과 합체에 의한 성장을 고려해야 하는 이유는 무엇인가
(1~4) 이러한 기계 내지 구조물의 파손은 대부분 재료 내부에 존재하고 있는 결함에서부터 발생하는 크랙 진전에 의한 것이다. 실제적으로 이들 크랙은 밀집하여 존재하는 일이 허다하기 때문에 크랙의 성장특성과 함께 근접 분포크랙의 간섭과 합체에 의한 성장도 생각하지 않으면 안 된다.(5~9) 본 연구에서는 표준 CT 시험편에 대하여 시뮬레이션 해석을 수행하였으며, 비교를 위해 3가지의 모델들을 추가적으로 모델링하여 연구를 진행하였다.
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