Fracture Behavior of Pre-cracked AISI 4130 Specimens by Means of Acoustic Emission and Ultrasonic C-scan Measurements

음향방출과 초음파 C-scan을 이용한 AISI 4130 균열재의 파괴거동 연구

Fracture behavior of pre-cracked compact tension specimens made of AISI 4130 steel was investigated using acoustic emission (AE) and ultrasonic C-scan measurements. While each specimen was loaded up to a certain level, various acoustic emission parameters were recorded together with the crack opening displacement (COD). An elastic-plastic finite element analysis was performed to calculate COD and the damage (plastic) zone size ahead of crack tip. Ultrasonic C-scans, in a pulse-echo, immersion mode, were done for mapping the damage zone size. The agreement between the finite element results and the measured COD was satisfactory. Based on AE results, the test specimens were found to show ductile behavior. The slope of the total ringdown counts vs. COD curve was useful to determine the crack initiation. The preliminary C-scan images showed evidence of changes in the amplitude of ultrasonic signal in the damaged region, and the shape and size of the damage zone matched qualitatively with the finite element results. A further work on the damage zone sizing was also pointed out.

AISI 4130 금속재를 사용한 균열 컴팩터 인장시편의 파괴거동이 음향방출(AE) 및 초음파 C-scan을 이용하여 조사되었다. 모든 시편들을 특정 수준의 하중까지 증가시키면서, 크랙 개구변위 (COD)와 더불어 여러가지의 음향방출 인자들을 얻었다. 크랙 선단의 크랙 개구변위와 손상(소성)역을 계산하기 위하여 탄소성 유한요소 해석이 수행되었다. 펄스-반사, 침수형으로한 초음파 C-scan은 손상역 크기와 상사시키기 위하여 행해졌다. 유한요소 해석 결과와 측정된 크랙개구변위는 만족할 정도로 일치하였다. 음향방출 결과에서, 시험시편들은 연성거동을 나타내었다. 총 사상수대 크랙 개구변위의 기울기는 크랙 개시점을 결정하는 데에 유용하였다. 예비 시험적인 C-scan 화상은 손상역의 초음파 진폭변화를 보여주었고, 손상역의 형상 및 크기가 유한요소 결과와 정성적으로 부합되었다. 손상역 크기에 관한 추가적인 연구가 요약되었다.