본 논문에서는 재료 점소성-손상모델을 기반으로 한 피로균열 진전속도(FCGR) 전산 평가법을 제안한다. 7% 니켈강 재료 거동을 모사하는 점소성-손상모델을 소개하고, 이의 유한요소해석 플랫폼에의 적용을 위해 상용 유한요소해석 프로그램인 ABAQUS에서 제공하는 사용자 정의 재료 서브루틴(UMAT)에 재료모델을 탑재하였다. 개발 UMAT의 검증을 위해 7% 니켈강 재료 인장시험 시뮬레이션을 수행하였으며, 이를 통해 재료정수를 획득하였다. 또한, 피로하중에 따른 손상해석에 있어 계산 시간 단축을 위한 jump-in-cycles 과정과 임계 손상 값 조정 및 피로 예비 균열 시뮬레이션을 수행하였고 이들 과정을 개발 UMAT에 탑재하여 해석을 수행하였다. 개발 UMAT을 활용하여 7% 니켈강의 상온 FCGR 테스트 시뮬레이션을 수행하였으며, 균열길이(a)와 주기 수(number of cycles)의 관계 및 1 cycle 당 균열성장량(da/dN)과 응력확대계수 진폭(ΔK)의 관계 등의 결과를 실험결과와 비교하여 검증하였다.

The natures of fatigue crack growth under Mode Ⅱ loading are studied. End notched flexure beam specimens were used. The effects of adherend thickness, rubber modification and adhesive thickness on fatigue crack growth were examined. The experimental results show that some of these parameters apparently do affect fatigue crack growth. Resistance to ModeⅡ fatigue crack growth are increased by rubber modification. The effects of adhesive thickness and rubber content on fatigue crack growth were explained by von Mises's equivalent stress using BEM analysis. For unmodified epoxy adhesives, the fatigue crack growth properties under Mode Ⅱ loadings were significantly different in all regions. For rubber-modified epoxy adhesives, they were also different in the first and second regions, but in the third region, they were similar

In this paper, the features of fatigue crack growth under ModeⅠ loading are studied. Double cantilever beam specimens were used. The effects of adherend thickness, rubber modification and adhesive thickness on fatigue crack growth were examined. The experimental results show that some of these parameters do apparently affect fatigue crack growth. Resistance to ModeⅠ fatigue crack growth are increased by rubber modification. The effects of adhesive thickness and rubber content on fatigue crack growth were explained by von Mises's equivalent stress using BEM analysis.

본 연구에서는 접초피로에 있어서 균열의 발생, 진전 등의 관찰을 위해, 균열의 발생, 진전 등이 2차원적으로 되어 시험편측면에서 관찰이 가능한 평판 ring형 시험편을 이용하여 반복수 증대에 따른 균열의 발생, 진전과정을 조사하였다. 그 결과 pitting, flaking형 파손의 초기손상은 접촉면하의 내부에 생기는 접촉면에 평행방향의 균열에 의해 일어나며, 이 균열은 그 방향 밀 파면형태에 의해 접촉응력이 접촉면에 평행방향의 전단응력성분에 의한 모드 ll 피로진전과의 차는 중첩부하된 압축응력의 유무라고 생각되며, 이 가저에 근거로 하여 재료고유의 모드 ll 피로균열진전특성을 구할 수 있는 장치를 개발하였다. 이 장치를 이용하여 알루미륨합금 및 공구강에 대한 da/dN-δk ll 관계의 시험결과를 얻었다.

Recently, with the tendency of more lightening, high-strength and high-speed in the marine industries such as marine structures, ships and chemical plants, the use of the aluminium Alloy is rapidly enlarge and there occurs much interest in the study of corrosion fatigue crack characteristics. In this paper, the initiation of surface crack and the propagation characteristics on the base metal and weld zone of 5086-H116 Aluminium Alloy Plate which is one of the Al-Mg serious alloy(A5000serious) used most when building the special vessels, were investigated by the plane bending corrosion fatigue under the environments of marine, air and applying cathodic protection. The effects of various specific resistances on the initiation, propagation behavior of corrosion fatigue crack and corrosion fatigue life in the base metal and heat affected zone were examined and its corrosion sensitivity was quantitatively obtained. The effects of corrosion on the crack depth in relation to the uniform surface crack length were also investigated. Also, the structural, mechanical and electro-chemical characteristics of the metal at the weld zone were inspected to verify the reasons of crack propagation behavior in the corrosion fatigue fracture. In addition, the effect of cathodic protection in the fracture surface of weld zone was examined fractographically by Scanning Electron Microscope(S.E.M.). The main results obtained are as follows; (1) The initial corrosion fatigue crack sensitibity under specific resistance of 25Ω.cm% show 2.22 in the base metal and 19.6 in the HEZ, and the sensitivity decreases as specific resistance increases (2) By removing reinforcement of weldment, the initiation and propagation of corrosion crack in the HAZ are delayed, and corrosion fatigue life increases. (3) As specific resistance decreases, the sensitivity difference of corrosion fatigue life in the base metal and HAZ is more susceptible than that of intial corrosion fatigue crack. (4) Experimental constant, m(Paris' rule) in the marine environment is in the range of about 3.69 to 4.26, and as specific resistance increases, thje magnitude of experimental constant, also increases and the effect by corrosion decreases. (5) Comparing surface crack length with crack depth, the crack depth toward the thickness of specimen in air is more deeply propagated than that in corrosion environment. (6) The propagation particulars of corrosion fatigue crack for HAZ under initial stress intensity factor range of δk sub(li) =27.2kgf.mm super(-3/2) and stress ratio of R=0 shows the retardative phenomenon of crack propagation by the plastic deformation at crack tip. (7) Number of stress cycles to corrosion fatigue crack initiation of the base metal and the welding heat affected zone are delayed by the cathodic protection under the natural sea water. The cathodic protection effect for corrosion fatigue crack initiation is eminent when the protection potential is -1100 mV(SCE). (8) When the protection potential E=-1100 mV(SCE), the corrosion fatigue crack propagation of welding heat affected zone is more rapid than that of the case without protection, because of the microfissure caused by welding heat cycle.

대형 용접 구조물에 대한 피로설계 수명의 예측은 일반적으로 Palmgren Miner과 등가손상도 방법 또는 선형누적손상도 방법을 사용한다. 또한 용접 구조물에서 피로 균열이 발생되면 잔존 수명은 S-N 곡선과 선형 파괴역학에 기초하여 예측되고 있다. 본 연구에서는 면외거 셋 용접이음의 3차원 피로균열 진전거동과 피로수명을 예측하기 위하여 피로 시험을 실시하였다. 면외거셋 용접이음의 3차원 피로균열진전 해석은 NX NASTRAN 및 FRANC3D를 이용하여 유한요소 해석을 실시하였다. 면외거셋 용접이음의 균열 형상비, 초기균열 크기 및 응력비에 미치는 영향을 검토하기 위하여 피로균열진전 해석을 실시하였다. 또한 초기균열크기, 균열 형상비와 응력비의 변화에 따른 3차원 피로균열진 전 해석 결과와 피로시험결과를 비교하였다. 피로균열진전 해석결과, 피로균열 진전속도와 응력확대계수와의 관계에서 피로시험과 유사하게 나타남을 확인하였으며, 면외거셋 용접이음의 피로수명을 추정할 수 있음을 확인하였다.

강부재의 피로가 주요원인이 되어 구조물이 붕괴되거나 교체되는 사례를 찾아보기 어렵다. 이처럼 사실상 피로에 대해서는 손상을 허용하고 있지만, 발견되는 피로균열에 대한 직접적인 상태평가는 이루어지지 않고 있다. 피로균열에 대한 진전․비진전성의 판단 및 균열진전속도의 평가가 이루어져야만, 합리적인 보수․보강 공법의 선정과 시행시기가 결정될 수 있을 것이다. 본 연구에서는 측정되는 COD(Crack Opening Displacement)를 통한 피로균열진전속도 평가법을 검토하기 위하여, 2종류의 관통균열 시험편과 면외거셋 용접이음 시험편의 균열진전시험을 실시하였다. 그리고 실용적인 COD의 측정을 위해 변형률 게이지를 이용하는 방법에 대해 검토하였다. 그 결과, COD 측정을 통한 균열진전속도의 합리적인 평가법을 제안하였고, 변형률 게이지를 이용한 성공적인 COD 측정을 실험적으로 증명하였다.