초록 ▼

□ 연구개요
선박 및 해양플랜트 산업에서 보수적인 설계를 지양하고 합리적 및 경제적인 설계를 통한 산업의 경쟁력 강화는 필수적임. 비보수적인 설계를 도출하기 위해 수행되는 기본적인 단계는 구조물에 적용된 재료와 용접부의 정확한 파괴 인성을 평가하는 것임. 파괴 인성 관련 파라메터 중 균열 선단 개구 변위 (CTOD)는 탄소성 파괴 역학을 기반으로 연성-취성 영역을 평가할 수 있어 대부분의 선급에서 평가가 요구됨. 하지만, 기존의 CTOD 평가 방법은 시험 횟수가 증가함에 따라 최대 40%의 편차가 발생하여 선박 및 해양플랜트

□ 연구개요
선박 및 해양플랜트 산업에서 보수적인 설계를 지양하고 합리적 및 경제적인 설계를 통한 산업의 경쟁력 강화는 필수적임. 비보수적인 설계를 도출하기 위해 수행되는 기본적인 단계는 구조물에 적용된 재료와 용접부의 정확한 파괴 인성을 평가하는 것임. 파괴 인성 관련 파라메터 중 균열 선단 개구 변위 (CTOD)는 탄소성 파괴 역학을 기반으로 연성-취성 영역을 평가할 수 있어 대부분의 선급에서 평가가 요구됨. 하지만, 기존의 CTOD 평가 방법은 시험 횟수가 증가함에 따라 최대 40%의 편차가 발생하여 선박 및 해양플랜트 설계 시 보수적인 설계를 유도함.
따라서, 본 연구에서는 현 규격 중 구조건전성 평가에 주로 적용되는 BS7448의 기존 표준 시험법을 개선하여 파괴 인성 결과 도출 시 발생하는 편차를 줄이고자 함. BS7448의 표준 시험법은 Plastic hinge model 기반 회전 계수 (r_p)를 특정 값으로 고정하여 CTOD 값을 추정하고 있음. 하지만, 기존의 연구된 가설에 따르면 가공 경화 지수가 클수록 r_p에 따른 측정 개구 변위가 달라지므로 r_p값에 대한 정확한 계산이 필요함. 그러므로 Double clip gauge method를 적용하여 r_p값을 측정할 수 있는 수정된 수식을 제시하고 실제 파괴 인성 평가를 수행하여 기존의 파괴 인성 결과 편차와의 비교를 진행함. 또한, 유한요소해석을 통해 r_p값을 도출하여 유효성을 확보하고 그 절차를 정리함.

□ 연구 목표대비 연구결과
신뢰성 높은 고정밀 CTOD 평가 기법을 구축하기 위해 Double clip gauge method를 적용하여 r_p값을 도출하고 실험 및 해석을 통한 유효성 검증을 수행함. 1차년도의 경우 최신 연구 동향 분석 및 수정된 평가 기법 개발을 목표로 하였으며, 2차년도는 실험적 검증을 통해 편차 감소 유무 확인이 목표였음. 3차년도는 유한요소해석을 바탕으로 본 연구에서 제시된 r_p값의 유효성 평가가 목표임. 선정된 연차 목표를 바탕으로 Double clip gauge method 기반 r_p값 관련 수식을 제안하였으며, 일반 강재에 비해 가공 경화 지수가 큰 Al 5083 소재에 대한 CTOD 평가를 본 연구에서 제시된 기법을 통해 수행함. 그 결과, 반복 시험을 수행함에 따라 발생되는 CTOD 변화 폭은 기존의 CTOD 평가 기법 적용 대비 약 80% 감소함을 확인함. 또한, 유한요소해석을 통해 도출된 CTOD 결과는 0.69 mm로 수정된 평가 기법을 통해 도출된 CTOD 범위인 0.66-0.69 mm 범위 내에 포함됨. 따라서, 고정밀 CTOD 예측이 가능해진 원인으로 BS7448에서 제시된 r_p값 0.46이 아닌 수정된 평가 기법을 통해 도출된 r_p값의 변화로 판단됨.

□ 연구개발결과의 중요성
수정된 평가 방법을 통해 기존의 single clip gauge method 대비 소성 변형을 더 민감하게 측정할 수 있으며, r_p값을 유한요소해석 대신 실험으로 도출 가능함. 또한, 시험 횟수가 증가함에 따라 발생되는 CTOD 편차를 기존 대비 50% 줄여 정밀한 CTOD 평가가 가능하게 되었으며, 추후 구조건전성 평가에 비보수적인 결과 도출을 가능하게 함. 파괴인성의 비보수적인 결과 도출은 선박 및 해양구조물 설계 시 책정되는 마진을 줄일 수 있으므로 산업 경쟁력 확보에 기여할 수 있음. 추가적으로 파괴 인성 관련하여 유한요소해석에 적용되는 해석조건(경계조건 및 시험조건 등)을 정립하여 파괴 인성 관련된 연구 진행 시 유한요소해석 관련 지침서 역할을 수행할 것으로 판단됨.

(출처 : 연구결과 요약문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 2
• 목차 ... 3
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 4
• 1.1 연구개발의 필요성 ... 4
• 1.2 연구 관련 가설 ... 5
• 1.3 최종목표 및 연구범위 ... 6
• 2. 연구수행내용 및 연구결과 ... 7
• 2.1 파괴 인성 평가 방법 관련 연구 동향 ... 7
• 2.2 Double clip gauge를 적용한 수정된 rp 계산식 제시 ... 10
• 2.3 유한요소해석을 통한 유효성 검증 ... 17
• 3. 연구개발결과의 중요성 ... 19
• 4. 참고문헌 ... 20
• 5. 연구성과 ... 21
• 끝페이지 ... 23