[논문]구속효과를 고려한 9% Ni강 균열의 파괴거동 해석에 관한 연구

김영균; 윤인수; 김재훈

doi:10.7842/kigas.2021.25.6.14

초록
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-162℃ 초저온 상태의 LNG를 저장하는 저장탱크의 내조는 균열과 같은 결함에 대한 구조 건전성 평가가 필요하다. 전통적인 파괴역학 관점에서는 응력확대계수 K, J-적분 그리고 CTOD를 이용한 단일 매개변수 평가가 주로 수행되어왔다. 그러나 실제 구조에서 발생되는 균열선단은 구조물의 크기, 시편형상 그리고 인장과 굽힘과 같은 하중의 형태에 따라 구속효과의 차이로 인한 영향이 발생하게 된다. 단일 매개변수 파괴역학을 보완하기 위해 다양한 시도가 있었고, 대표적으로 Q-응력법이 있다. 본 논문에서는 비선형 탄성영역의 균열선단 응력장 평가에 적합한 J적분에 Q응력을 유도하여 2 매개변수 접근법을 사용하고자 한다. SENB 시편의 균열비 0.1~0.7 그리고 광폭시편 균열비 0.2~0.6에 시편 균열선단의 응력을 J-Q 평가법을 이용하여 구속효과를 정량적으로 평가 하였다.

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Inner shell material of LNG storage tanks that store ultra-low temperature LNG at -162℃ requires structural integrity assessment of a crack-like defect. From the viewpoint of conventional fracture mechanics, the assessment has mainly performed by single parameter using stress intensity factor...

Inner shell material of LNG storage tanks that store ultra-low temperature LNG at -162℃ requires structural integrity assessment of a crack-like defect. From the viewpoint of conventional fracture mechanics, the assessment has mainly performed by single parameter using stress intensity factor K, J-integral and CTOD. However, the stresses in a material of crack tip are not unique caused by constraint loss due to size and geometry of the structure. Various attempts have been made to complement a single parameter fracture mechanics, typically with Q-stress. In this paper, we have performed a two-parameter approach by deriving the Q-stress coupling with J-integral suitable for the evaluation of the crack tip stress field in the non-linear elastic region. A quantitative evaluation of the constraint effect has performed by using the J-Q approach. It was evaluated that the SENB type specimen had a crack ratio of 0.1 to 0.7 and the wide type specimen had a crack ratio of 0.2 to 0.6.

주제어

표/그림 (12)

그림 Fig. 1. Schematic illustration of the Q parameter.
그림 Fig. 2. Two-dimensional mesh and boundary conditions for a SENB specimen.
그림 Fig. 3. Two-dimensional mesh and boundary conditions for a WP specimen.
그림 Fig. 4. J-Q stress fields for a SENB specimen at a/W=0.5 (low load level).
그림 Fig. 5. J-Q stress fields for a SENB specimen at a/W=0.5 (high load level).
그림 Fig. 6. Q values for SENB specimen.
그림 Fig. 7. J-Q stress fields for a WP specimen at a/W=0.6 (high load level).
그림 Fig. 8. J-Q stress fields for a WP specimen at a/W =0.6 (low load level).
그림 Fig. 9. Q values for SENB and WP specimen.
그림 Fig. 10. J-Q locus for SENB and WP specimens.
그림 Fig. 11. log(J/(L σ 0)-Q locus for SENB and WP specimens.
표 Table 1. The results of the CTOD tests [5]

참고문헌 (13)

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ASTM International, "Standard Test Method for Measurement of Fracture Toughness", Report No. ASTM E1820-09, (2009)

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