본 논문에서는 균열을 지닌 축대칭 문제를 해석하기 위하여 시간적분형 운동방정식을 바탕으로 한 유한요소 해법을 제시한다. 유한요소메쉬는 8절점 등매개변수 사변형 요소와 균열선단에서의 1/4절점 삼각형 특이요소로 구성되며, 동적 응력확대계수는 균열면상의 1/4절점의 y방향 변위로부터 구한다. 제시된 해법의 정확성과 타당성을 검증하기 위하여 내부에 원환균열을 지닌 무한 탄성체가 균열면상에서 충격하중을 받을 때의 동적 응력확대계수를 계산하고 타 수치결과와 비교 검토하였다. 응용 예제로서 원환균열과 원주균열을 지닌 중실축과 중공축의 동적 응력확대계수를 균열의 길이와 축의 길이에 따른 영향을 자세히 조사하였다. 균열길이가 커지면 동적 응력확대계수가 커지고, 축의 길이가 길어지면 동적 응력확대계수 곡선의 폭도 함께 증가됨을 확인하였다. 그리고 균열의 위치가 안쪽에 포함될 경우보다는 바깥쪽에 포함될 때 더 큰 동적 응력확대계수가 발생됨을 밝힌다.

In this paper, the finite element method for the elastodynamic axisymmetric fracture analysis is presented in matrix form through the application of the Galerkin method to the time integral equations of motion with no inertia forces. Isoparametric quadratic quadrilateral element and triangular crack tip singular elements with one-quarter node are used in the mesh division of the finite element model. To show the validity and accuracy of the proposed method, the infinite elastic medium with the penny shaped crack is solved first and compared with the analytical solution and the numerical results by the finite difference method and the boundary element method existing in the published literatures, and then the dynamic stress intensity factors of solid and hollow cylinders of finite dimensions haying penny-shaped cracks and internal and external circumferential tracks are computed in detail.

• 이성희(금오공과대학교 생산기술연구소) | Lee, Sung-Hee
• 심우진(금오공과대학교 기계공학부) | Sim, Woo-Jin