취성재료의 충격파괴에 관한 연구 II

A Study on the Impact Fracture of Fragile Materials

본 연구에서는 취성재료인 유리판이 충격을 받을 때 생기는 크랙패턴 특히, 콘 크랙의 발생 현상을 이론적으로 규명하여 취성재료의 충격파괴방지에 도움이 되게 하고져 하였으며, 판두께방향의 변형을 고려한 제1보에서의 삼차원 동탄성이론에 의한 응력해석방법을 이용하여 충돌점 및 충돌점근방에서의 변형율분포를 해석하였다. 또 한 고속 및 자유낙하 충격시험을 행하여 얻은 크랙의 패턴과 본 이론해석 결과인 변형 률 분포의 수치계산 결과와 비교함으로써 콘 크랙의 발생현상을 3차원 동탄성이론을 이용한 본 충격응력해석 방법에 의한 규명하였다. 변형률 분포의 해석은 국부변형을 고려한 Hertz의 접촉이론과 Lagrange의 고전판 이론을 이용하여 구한 충격하중계수의 크기에 따라 충격하중의 함수근사식을 바꿔가며 해석하였으며 충돌점으로 부터 0.1cm 간격으로 5cm범위까지를 해석하였다.

In this paper, when the glass plate of fragile material is subjected to impact load, the fracture pattern and the generation phenomenon of cone crack were theoretically clarified by using the analysis method of impulsive stress in the first paper. The numerical analysis results of strain distribution at a distance of 0.1cm, from the impact loading point to 5cm, were compared with experimental results. The main conclusions obtained are as follows; (1) The generation phenomenon of cone crack at the impact fracture of the glass plate can be analytically confirmed by using the three dimensional dynamic theory of elasticity. And the numerical analysis results of strain distribution using this theory are relatively in close agreement with the crack size obtained from the impact fracture experiment. (2) After the stress wave generated at the impact point propagated to the spherical compressive wave, this stress wave reflected from the back surface and reached again at the surface of the plate to the spherical stress wave. Then the generation of cone crack can be confirmed along the stress wave surface. (3) The plate is the thicker, the more is the generation phenomenon of cone crack at the lower impact velocity range (20m/s-35m/s). Because the fracture generate before the maximum tensile stress acting to the glass plate, cone crack was rarely ever generated.