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다단계 피로하중 실험을 통한 균열 발생 및 전파단계에서 파괴모드 II 영향 분석
Effects of Failure Mode II on Crack Initiation and Crack propagation Steps Using Multilevel Fatigue Loading Test 원문보기

大韓機械學會論文集. Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers. A. A, v.41 no.9, 2017년, pp.853 - 860  

홍석표 (LG H&A사업본부 에어솔루션 연구소) ,  박세민 (LG H&A사업본부 에어솔루션 연구소) ,  김주희 (육군사관학교)

초록
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본 연구는 균열 발생 및 전파단계에서 하중모드 II의 영향을 평가하기 위해 피로균열 하한계 영역의 혼합모드 I+II 하중을 통해 실험적으로 평가하였다. 균열 발생단계(Stage I)에서는 혼합모드상태에서 하중작용 각도(${\theta}$)가 증가할수록 모드 II 영향으로 인하여 낮은 하중에서 균열이 발생하고, 균열 전파단계 (Stage II)에서는 균열전파 속도는 감소하였다. 다단계 하중작용 각도변화에 따른 하중모드 II영향은 균열전파단계 실험을 통해 평가하였다. 혼합모드 I+II 하중 작용 시 작용각도 ($0^{\circ}{\rightarrow}{\theta}{\rightarrow}60^{\circ}$) 증가에 따라 피로균열전파속도는 감소하였으며 늦게 발생한 균열에서도 마찬가지로 감소하였다. 작용각도가 ${\theta}{\geq}75^{\circ}$ 범위에서는 하중작용각도 증가에 따라 피로균열전파속도가 증가하고 피로수명이 감소하는 것을 확인하였다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

To evaluate the effects of mode II on the crack initiation and propagation stages, the effects in the fatigue threshold region under a mixed-mode I+II loading state was experimentally investigated. In the case of mixed-mode I + II, during the crack initiation stage, as the loading application angle ...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 본 연구에서는 균열발생단계(Stage I)와 균열전파 단계(Stage II)에서 변동하중상태로 인한 피로균열 전파거동에서의 모드 II의 영향에 대해 고찰하였다. 혼합모드 하중 하에서 균열이 발생, 전파하면 균열전파단계(Stage II)에서 하중모드 II 성분이 작용하지만 하중모드 I 성분의 영향이 지배적인 것으로 알려져 있다.
  • 실험조건은 크게 두 가지로 분류하였다. 실험의 유용성과 균열발생단계에서 하중모드 II 영향을 고찰하기 위한 실험과 다단계 하중방향 변화에 의한 피로균열 전파거동에서 하중모드 II 영향을 평가하기 위한 실험이다. 먼저 균열발생단계에서의 실험은 (i) 모드 I 하한계(4)의 경우 응력비 R을 고정하고, 일정하중 하에서 균열이 0.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
실제 운전 중인 구조물 내의 기계요소는 어떤 환경에 놓이는가? 실제 운전 중인 구조물 내의 기계요소는 다양한 기하학적 형상과 복잡한 배치 상태를 요구 받고 있어 혼합모드 및 변동하중의 피로 환경에 놓이게 된다. 하지만, 하중모드의 측면에서 순수 모드 I 하중상태 하에서의 연구는 활발히 이루어졌으나, 실제 구조물에서 대부분 발생하는 혼합모드 및 변동하중에 대한 연구는 아직 부족한 실정이다.
변동하중의 피로거동에 대한 관심이 증대되는 이유는 무엇인가? 실제 사용중인 기계구조물은 다양한 환경 및 복잡한 설계조건으로 인하여 여러 하중상태가 결합된 상태로 지속적인 변동하중 하에서 운용되고 있다. 이는 여러 가지 복잡한 원인에 의해 발생하는 변동 및 다축에서 작용하는 혼합모드 하중과 다양한 기하학적 형상을 요구하는 설계조건에 의해 기인되며 이러한 하중조건에 하에서 피로거동에 대한 관심은 더욱 증가하고 있는 실정이다.(1)
혼합모드 조건 하에서의 피로 거동에 관한 연구가 중요한 이유는 무엇인가? 또한 기계구조물내의 많은 성분요소에 존재하는 균열은 작용 하중 방향에 항상 수직적이지 않기 때문에 초기 균열의 균열선상에서 성장하지 않는다. 그러므로 혼합모드 조건 하에서의 피로 거동에 관한 연구가 매우 중요하다.
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참고문헌 (7)

  1. Qian, J. and Fatemi, A., 1996, "Mixed Mode Fatigue Crack Growth: A Literature Survey," Engineering Fracture Mechanics, Vol. 55, No. 6, pp. 969-990. 

  2. Richard, H. A. and Benitz, K., 1983, "A Loading Device for the Criterion of Mixed Mode in Fracture Mechanics," International Journal of Fracture, Vol. 22, pp. R55-R58. 

  3. Hong, K. J. and Kang, K. J., 1996, "Method to Measure KI, KII and J-Integral for CTS Specimen under Mixed Mode Loading," Trans. Korean Soc. Mech. Eng. A, Vol. 20, No. 11, pp. 3498-3560. 

  4. Gao, H. and Brown, M. W. and Miller, K. J., 1982, "Mixed-mode Fatigue Threshold," Fatigue of Engineering Materials and Structures, Vol. 5, No. 1, pp. 1-77. 

  5. Tanaka, K., 1974, "Fatigue Crack Propagation form a Crack Inclined to the Cyclic Tensile Axis," Engineering Fracture Mechanics, Vol. 6, pp. 493-507. 

  6. Barsom, J. C., 1974, "Fatigue Behavior of Pressure-Vessel Steels," WRC Bulletin, No. 194, Welding Research Council, New York. 

  7. Dahlin, P. and Olsson, M., 2004, "Reduction of Mode I Fatigue Crack Growth Rate due to Occasional Mode II Loading," International Journal of Fatigue, Vol. 26, pp. 1083-1093. 

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