본 연구에서는 평활화 유한요소법(Smoothed finite element method)을 도입한 위상분야법(Phase-field method)에 대해 소개하고자 한다. 위상분야법은 최근 균열 개시 및 전파 해석에 많이 사용되는 기법으로 균열 표면을 추적하기 위한 추가적인 처리기법이 필요하 지 않는 특징이 있다. 위상분야법에서 복잡한 균열 전파를 포착하기 위해 높은 정확도의 변형률 에너지를 평활화 유한요소법을 도입 하여 계산하였다. 평활화 유한요소법은 유한요소를 하위 셀로 나누고 각각의 하위 셀을 평활화 영역으로 재조립하여 변형률 에너지 를 계산하게 된다. 또한 해석 시간 단축을 위하여 쿼드트리 요소망을 제안한 기법에 사용하였다. 수치 예제를 통하여 제안한 기법을 참 조해 및 유한요소법과 비교하여 검증하였다.

In this study, lanthanum oxide (La2O3) dispersed molybdenum (Mo–La2O3) alloys are fabricated using lanthanum nitrate solution and nanosized Mo particles produced by hydrogen reduction of molybdenum oxide. The effect of La2O3 dispersion in a Mo matrix on the fracture toughness at room temperature is demonstrated through the formation behavior of La2O3 from the precursor and three-point bending test using a single-edge notched bend specimen. The relative density of the Mo–0.3La2O3 specimen sintered by pressureless sintering is approximately 99%, and La2O3 with a size of hundreds of nanometers is uniformly distributed in the Mo matrix. It is also confirmed that the fracture toughness is 19.46 MPa·m1/2, an improvement of approximately 40% over the fracture toughness of 13.50 MPa·m1/2 on a pure-Mo specimen without La2O3, and this difference in the fracture toughness occurs because of the changes in fracture mode of the Mo matrix caused by the dispersion of La2O3.

본 논문에서는 섬유강화 복합재에 대해 균질화법과 접목된 페리다이나믹 전산해석 방법론을 제시하였다. 복합재료에 대 해 제시된 해석모델로 동적 취성 파괴 및 손상해석을 수행하였다. Coker 등(2001)에서 제시된 비대칭 하중 하의 섬유강화 복합재의 동적 파괴 실험결과와 비교하여 페리다이나믹 비국부 해석모델이 다양한 동적 파괴특성 및 극초음속으로 균열이 진전되는 것을 잘 모사할 수 있음을 검증하였다. 또한 대칭 하중조건에 대한 해석결과와 비교하여 비대칭 하중이 더 높은 균열전파 속도를 유발하는 것을 확인하였다. 수치해석 결과들이 실험 결과들에 부합함을 또한 확인하였다.

질화규소 요업체에서 입계상의 변화가 파괴인성에 미치는 영향에 대해 살펴보았다 실험에는 Si3N4-Y2O3-SiO2(YS)계와 Si3N4-Y2O3-A12O3(YA) 계를 사용하였으며, 1750˚C에서 Can/HIP 처리한 후 1800~2000˚C 온도구간에서 열처리시키면서 입계상의 변화에 따른 파괴인성의 변화를 조사하였다. 열처리 온도구간에서 입계상이 비정질상만으로 존재하였던 YA계의 경우는 열처리 온도가 증가되어 입성장됨에 따라 파괴인성 값이 증가되었으나, 1900˚C 이상에서 열처리될 때 입계상이 결정상에서 비정질상으로 변화하였던 YS계의 경우는 오히려 파괴인성 값이 급격히 감소되었다. YS계에서 파괴인성의 급격한 저하는 열처리 온도 증가에 따라 입계상이 결정상과 비정질상의 공존 상태에서 비정질상만의 상태로 전이하며 파괴거동에 영향을 미쳤기 때문이라고 생각된다.

용해와 주조, 압출과 열처리 기술의개선으로 고강도, 고파괴인성의 AI-Li-Cu 합금(2090 AI합금)을 제조하였다. 또한 준 산업용 규모(20kg)의 잉고트 제조공정을 확립하기 위해서 (1)선 (2)기계적 성질들에 미치는 열처리 영향 (3) 인장시험, 파괴인성 시험(KIc) 및 피로균열 전파시계를 갖고 있으며 최종 제품의 인장강도는 최대시효 조건에서 534MPa부터 566MPa이었고 연신율은 9%에서 11.9%정도였다. C-T 시편을 이용한 파괴인성 시험 결과 최대시효 조건에서 평면변형 파괴인성 (KIc)값은 39MPa√m였고 미시효 조건에서는 23MPa√m였다. 또한 0.1, 0.3, 0.5의 하중비에서 피로균열 전파시험을 행하였을때 임계응력 확대계수(δKth)는 각각 6.0, 5.3, 4.3 MPa√m이었다.

Plastic기 복합재료의 파괴거동에 미치는 원공크기오 판폭의 영향을 검토하기 위하여 단축인장시험을 행하였다. 점응력파손조건에서의 특성길이 do는 원공크기 및 판폭에 의존하며, 이를 기초로 파손강도를 예측하기 위한 수정 점응력 파손조건식을 제안하였다. 이 파손조건의 예측값은 실험값과 잘 일치하였다. 파손 강도는 원공선단의 손상비의 증가에 따라 증가하며, 이는 손상영역의 형성으로 인한 응력완화현상으로 설명되어 진다. 또한 불안정 파괴시의 최대균열길이 ac는 특성길이 do의 약 2배의 값을 나타낸다. 파괴인성에 대응하는 한계에너지해방율 Gc의 변화는 원공선단의 손상영역의 증가에 의한 응력완화가 주요한 원인이라고 할 수 있다.

The critical strain energy release rate and the failure mechanisms of glass-carbon epoxy resin hybrid composites are investigated in the temperature range of the ambient temperature to 80℃. The direction of laminates and the volume fraction are [(+45, -45, 0, 0) sub(2) ] sub(s), 50%, respectively. The major failure mechanisms of these composites are studied using the scanning electron microscope for the fracture surface. Results are summarized as follows: 1) The critical strain energy release rate shows a maximum at ambient temperature and it tends to decrease as temperature goes up. 2) The critical strain energy release rate increases as the content of glass increases, and especially shows dramatic increase for the high glass fiber content specimens. 3) Major failure mechanisms can be classfied such as localized shear yielding, fiber-matrix debonding, matrix micro-cracking, and fiber pull-out and/or delamination.

파괴인성은 균열의 개시와 전파에 대한 재료 고유의 상수로서 파괴역학에서 가장 중요한 재료상수 중의 하나이다. 콘크리트의 모드 I 파괴인성 측정에 대하여 RILEM 기술 위원회 89-FMT는 2-파라메타 모델에 근거한 3점 휨 시험법을 제시하였다. 그러나 혼합모드에 대한 시험법은 아직까지 표준으로 제안된 방법이 없는 실정이며, 또한 RILEM에서 제안한 3점 휨 시험법은 실험법이 복잡하다. 따라서 본 연구에서는 굵은골재의 최대치수가 각각 20mm, 40mm이고, 동일한 설계기준강도를 가지는 콘크리트로써 다양한 크기의 브라질리언 디스크를 제작하였다. 그리고 브라질리언 디스크의 모드 I 파괴인성을 RILEM 3점 휨 시험결과와 비교하였다. 비교 결과, 굵은골재의 최대치수에 따른 브라질리언 디스크의 적정 크기(두께, 직경) 및 노치 길이 비를 제시하였다. 또한 모드 I 시험으로부터 결정된 치수의 브라질리언 디스크로 혼합모드 시험을 수행한 결과 디스크 시편은 혼합모드 파괴의 연구 및 시험에 유용함을 알 수 있었다. 모드 I 및 혼합모드 시험에서 브라질리언 디스크의 응력확대계수는 유한요소해석(FEA)으로 구하였으며 FEA의 결과를 검증하기 위하여 5개항 근사법(Five terms approximation)에 의한 결과와 비교하였다.