초록 ▼

항공기 구조물에서 많은 부재들은 구멍 뚫린 홀에서의 볼트와 너트 또는 리벳을 이용하여 체결접합 되어있다. 이들 체결기구들은 조립과 분해를 용이하게하여줄 뿐만 아니라, 구조물에 작용하는 하중을 분산하거나 전달하여 준다. 그러나 이들체결기구의 주요결점으로는 접합을 위하여 가공된 홀 주위가 응력집중부화 됨으로써 이 부재의 피로수명을 감소시킨다는 사실이다. 더욱이 홀을 가공하는 과정에서 나타날 수 있는홀 표면에서의 결함 또는 거칠기는 부재의 피로성능을 더욱 감소시키는 요인이 된다.이러한 부재의 피로수명감소를 보상할 수 있는

항공기 구조물에서 많은 부재들은 구멍 뚫린 홀에서의 볼트와 너트 또는 리벳을 이용하여 체결접합 되어있다. 이들 체결기구들은 조립과 분해를 용이하게하여줄 뿐만 아니라, 구조물에 작용하는 하중을 분산하거나 전달하여 준다. 그러나 이들체결기구의 주요결점으로는 접합을 위하여 가공된 홀 주위가 응력집중부화 됨으로써 이 부재의 피로수명을 감소시킨다는 사실이다. 더욱이 홀을 가공하는 과정에서 나타날 수 있는홀 표면에서의 결함 또는 거칠기는 부재의 피로성능을 더욱 감소시키는 요인이 된다.이러한 부재의 피로수명감소를 보상할 수 있는 방법의 하나가 홀의 소성가공을 통하여균열의 표면에 유용한 압축잔류응력을 발생시키는 방법이다. 이는 홀의 직경보다 조금 더큰 테이퍼진 맨드럴을 홀에 삽입하여 홀을 팽창시켜 줌으로써 이루어지는데, 이와 같이 생성과 미소균열의 성장을 지연시킨다. 피로균열의 성장을 저지 및 지연시킬 수 있는 또 하나의 일반적인 방법으로, 균열발생 주위를 압인 시켜주는 방법이 있다. 이를 통하여 균열선단 주위에 잔류압축응력을 생성시킬 수 있는데, 이들은 또한 균열을 가진 재료의 피로수명에 많은 향상을 가져다 준다. 전자에서 기술된 홀 확장에 의한 압축잔류응력을 생성시키는 방법은 이의 생성영역이 홀 주위에 한정되어 있으므로, 이것은 균열의 생성 및 미소균열에 대해서만 영향을 줄 것이고, 균열이 더욱 진전됨에 따라서 이의 영향은 점차로 감소하게 된다. 그러나 압인은 균열이 성장한 후의 균열 주위에 압축잔류응력을 생성시켜주어서균열의 성장지연을 유도하는 방법이므로, 이 두 가지 방법을 혼합하여 동시에 수행한다면,균열의 생성과 성장에 커다란 영향을 끼쳐서 홀 확장만 한 시편보다도 피로수명에 더욱 큰영향을 가져올 것으로 생각된다.따라서 본 연구는 알루미늄 평판내 홀 주위에 압축잔류응력을 내재시킬 수 있는 새로운 수법, 즉 홀확장과 함께 홀 주위에 링압인의 소성가공을 동시에 부가하는 새로운 수법을제안하였으며, 이의 혼합적용에 따른 홀 주위에서의 압축잔류응력분포와 홀로부터 발생하는피로균열성장거동을 관찰하였다. 본 연구에서 제안한 수법을 이용하므로서 단순 홀확장작업만 한 시편에서보다도 균열발생의 지연효과를 더욱 뚜렷이 얻을 수 있으며, 홀의 피로수명도 크게 증대되었다. 본 연구는 홀을 가진 평판 설계기술의 기초자료로 충분히 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

Abstract ▼

In aircraft structures, many components are fastened togetherusing bolts and unts and rivets through drilled holes. Not only do these fastenedjoints enable easy assembly and dismantling, they are also able to transfer as well as todistribute loads applied onto the structures. The major draw

In aircraft structures, many components are fastened togetherusing bolts and unts and rivets through drilled holes. Not only do these fastenedjoints enable easy assembly and dismantling, they are also able to transfer as well as todistribute loads applied onto the structures. The major drawback of such connections,however, is that the fatigue life of the component is reduced by the presence of the holesince the stress concentration around the hole is increased.In addition, the hole-making process itself may introduce defects or roughness atthe surface of the hole that may cause further decrease in fatigue performance of thecomponents. One way to compensate the decrease in fatigue life of the component isby the introduction of beneficial compressive residual stress at the surface of the holeusing cold working. Cold working is achieved by inserting an oversized taperedmandrel through a hole and then allowing the hole to spring back from its expandedposition. When a member with residual stresses is cylindrically loaded it delays thecrack initiation and leads to retarded crack growth. The other one of mechanicalmethods of strengthening material is ring indentation. Ring indentation is achieved byindenting a circular ring around the holes. Process like ring indentation of hole alsoimproves the fatigue life of holes in structures. Therefore, when the two proceduresare combined, i.e. ring indentation applied with an hole expansion, it is suggested thatfatigue crack retardation will be greater for a combined method than for a simple holeexpansion.In this investigation, a new method for the retardation of fatigue crack growth,ring indentation near the fastener hole combined with the coldworking of holes, wasdescribed. And residual stresses at the vicinity of a hole were evaluated using afracture mechanics approach. An experimental investigation of aluminum specimenwith a center crack emanating from circular hole was carried out. For the conditioninvestigated, crack arrests were observed after the application of the method, and theretardation effect was, indeed, far greater than that obtained with coldworking alone.The results will provide a basis of the design procedures as well as academicachievement for crack problems with circular holes.

목차 Contents

• 1. 서론...7
• 2. 실험절차...8
• 2.1 시편재료 및 시편제작...8
• 2.2 실험방법...12
• 3. 잔류응력계산...12
• 3.1 균열을 가진 잔류응력장내 임의 두점사이의 변위...12
• 3.2 홀주위의 잔류응력분포계산...14
• 4. 실험결과 및 토의...17
• 4.1 홀 주위의 잔류응력분포 변화...17
• 4.2 홀로부터 발생하는 피로균열 성장거동...22
• 5. 결론...28
• 참고문헌...29
• 기타...31
• 1. 연구수행 관련논문 발표목록서...31
• 2. 자체평가서...32