초록 ▼

기계 및 구조물의 요소는 발견하기 힘든 미시적 초기 균열의 성장에 의해서 수명이 결정되는 수가 많다. 이러한 균열 성장은 때로는 대형 사고의 원인의될 수도 있으므로 균열 성장의 신뢰성 있는 방법이 요구된다. 현재 보편적으로 사용되는방법은 주로 선형 파괴 탄성 역학에 기초를 두고 있으며, 이러한 방법은 비교적 작용 하중이 낮은 경우에 적절히 사용된다. 그러나 발전 시설 및 항공 우주 원동기 등, 고온 영역에서 작동하는 기계 및 구조물은 요소에 작용하는 하증이 작더라도 재료의 강도가 낮으므로소성 변형과 크립 변형이

기계 및 구조물의 요소는 발견하기 힘든 미시적 초기 균열의 성장에 의해서 수명이 결정되는 수가 많다. 이러한 균열 성장은 때로는 대형 사고의 원인의될 수도 있으므로 균열 성장의 신뢰성 있는 방법이 요구된다. 현재 보편적으로 사용되는방법은 주로 선형 파괴 탄성 역학에 기초를 두고 있으며, 이러한 방법은 비교적 작용 하중이 낮은 경우에 적절히 사용된다. 그러나 발전 시설 및 항공 우주 원동기 등, 고온 영역에서 작동하는 기계 및 구조물은 요소에 작용하는 하증이 작더라도 재료의 강도가 낮으므로소성 변형과 크립 변형이 많이 일어난다. 따라서, 이러한 변형을 고려한 비선형 해석 방법이 요구된다.고온에서 어떤 일정한 하중이 균열이 존재하는 시편에 가해졌을 때, 그 균열의 시간에따른 지전율을 예측하는데 사용하는 매개 변수는 몇 가지가 문헌에 존재한다. 본 연구에서는 이러한 매개 변수들이 시편의 모양, 재료 및 하중 조건에 관계없이 적용될 수 있는지를 연구한다. 이 연구는 2년에 걸쳐 수행되었다. 1차년도에서는 먼저 시험할 재료 및 각시험에 사용될 시편의 형상을 결정하고, 선정된 재료인 SUS 304와 2.25Cr-1Mo 강에 대하여 인장시험, 크립시험,등의 구성 물성 시험을 균열 진전 시험 온도인 538℃에서 수행하였다. 2차년도에서는 compact tension(CT)시편과 center-cracked plate(CCP)시편 두 가지에대한 고온 균열 진전 시험을 행하고 크립 균열 진전 매개 변수인 K, C*, Ct, C(t),상관도를평가하였다. 연구 결과에 의하면, 시험 조건에서 정상 상태 크립이 균열 선단의 지배적인변형이었으며, C*, Ct,및 C(t)는 비교적 균열 진전율과 잘 상관하였으나, K와 σn는 균열 진전율과 잘 상관하지 못하였다. 이 연구에서 비율 적분매개 변수인 J*와 J는 균열 진전 해석에서 과다한 크립 변형으로 해의 수렴이 어려워 계산이 불가능하였다. 그러나 정상 상태 크립에서 이들 값은 C*와 비례하므로, C*와 유사한 상관도를 가질 것으로 기대된다.

Abstract ▼

The lives of machine components and engineering structuresare often limited by the growth of minute cracks which are difficult to detect. Thegrowth of these cracks could lead to disastrous accidents, and therefore reliable methodsof predicting crack growth are needed. The widely used meth

The lives of machine components and engineering structuresare often limited by the growth of minute cracks which are difficult to detect. Thegrowth of these cracks could lead to disastrous accidents, and therefore reliable methodsof predicting crack growth are needed. The widely used methodology based on thelinear elastic fracture mechanics is applicable only when the applied load is of a smallmagnitude. However, the deformation in the high temperature structures, such asaircraft engines and power generation equipment, usually involves plastic and creepdeformation. Therefore, appropriate methods based on nonlinear theories are needed.There exist several parameters in the literature for application to time-dependentcrack growth in the high temperature environment. It is evaluated in this studywhether or not these parameters can be used for different materials, specimengeometries and load levels. The research was performed in two years, in the firstyear, the materials and specimen geometries were selected, and the constitutiveproperties of these by conducting tensile tests and creep tests. In the second year,creep crack growth tests were conducted on the selected geometries - compact tension(CT) specimen and center-crack plate (CCP) specimen. Creep crack growth parametersK, C*,Ct,C(t),σn were then correlated with experimental crack growth rates and thereperformance were evaluated. The results show that the steady state creep dominatedthe crack tip field, and thus C*, Ct, C(t) correalted crack growth rates reasonably well.The stress intensity factor K and σn showed poor correaltions. Finite elemementanalysis of creep crack growth were attempted for both specimens but difficulties wereencounted due to severe convergence problems. As a result, the computation of J* andJ was not possible. Nevertheless, one can expect that these two paramters will showa similar degree of correlations among these parameters under steady state creepconditions

목차 Contents

• 목 차...6
• I. 서론...7
• II.이론적 배경...8
• 2.1 응력확대계수 K...8
• 2.2 Net Section Stress...10
• 2.3 C$^*$ 적분...10
• 2.4 C(t) 적분...14
• 2.5 C$_t$ 변수...16
• 2.6 비율 적분 j$^*$ 및 j...19
• III. 실 험...20
• 3.1 실험 재료 및 시편...20
• 3.2 실험 방법...22
• IV.실험결과 및 고찰...26
• 4.1 구성 물성 시험...26
• 4.2 고온 크립 균열 진전 시험...28
• 4.3 유한 요소 해석...33
• V. 결론...36
• 참고문헌...37
• 연구수행관련 논문발표 목록서...39
• 자체평가서...40