• 기계저널
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• 제37권10호
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• pp.41-46
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• 1997

철강구조물 부재 내에 노치나 균열이 존재할 수 있고, 외부의 피로하중에 의하여 취약부에서 발생한 균열이 진전하여 전구조물의 최종파손을 야기시킬 수 있다. 부재를 보다 안전하게 사용하고 또한 신뢰성을 확보하기 위해서는 이미 손상된 부재에서 균열의 진전상태를 계측할 수 있는 방법이 확립되어져야 하고, 파괴역학적 파라미터를 이용한 사용재의 균열진전거동특성이 평가되어야 한다. 균열길이의 측정방법은 지금까지 많은 연구자들에 의하여 개발되어져 왔는데 크게 광학현미경을 이용하여 육안으로 직접 균열길이를 측정하는 방법과 컴플라이언스, 초음파, AE 또는 전기적 신호를 통하여 얻어진 결괄부터 균열길이로 환산하는 간접적인 방법으로 대별된다. 대부분의 균열길이의 측정방법은 많은 수작업이 요구되고, 특히 하한계응력확대계수영역의 미세한 균열진전량을 측정하기에는 어려움이 따르고 있다. 이에 대하여 전도체 시험편에 일정전류를 흐르게 하고 균열길이의 증가에 따라 변화하는 전위차로 이를 균열길이로 평가하는 전기적인 측정방법이 있다. 이 방법은 실험장치가 비교적 간단하고 미세한 균열길이의 측정이 용이하여 균열길이의 직접적인 측정이 곤란한 고온역 그리고 충격하중하에서의 균열길이 측정에 이용이 확대되고 있다. 이 글에서는 여러 균열길이 측정방법의 장.단점에 대하여 고찰하고, 그 중 많은 장점을 갖고 있는 직류전위차법의 실험방법을 소개한다.

• 한국정밀공학회지
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• 제16권4호통권97호
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• pp.13-18
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• 1999

섬유강화금속적층재(Fiber Reinforced Metal Laminates. FRMLs)는 고강도금속과 섬유강화복합재료(Fiber Reinforced Composite Materials)를 적층한 새로운 종류의 하이브리드 재료이다. 국산 아라미드 섬유인 헤라크론(Heracron, 코오롱)과 국내 복합재료 제작기술(한국화이바)을 사용하여 섬유강화금속적층재를 제작하고, 이를 HERALL(Heracron Reinforced Aluminum Laminate)이라 명명하였다. HERALL(Heracron Reinforced Aluminum Laminate)의 피로균열성장특성 및 피로균열진전 방해기구를 ARALL(Aramid-fiber Reinforced Aluminum alloy Laminates) 및 Al 2024-T3과 비교해석하였다. HERALL과 ARALL은 균열진전을 저지하는 아라미드 섬유로 인해 뛰어난 피로균열성장특성 및 피로저항성을 보여주었다. 아라미드 섬유의 균열브리드징으로 인한 $K_{max}$의 감소량과 Al 2024-T3의 균열닫힘으로 인한 $K_{max}$의 증가량을 구할 수 있는 응력-COD법을 사용하여 실제로 균열성장에 영향을 준 유효응력확대계수범위를 측정하였다. 균열선단으로부터 균열을 가공하면서 COD 변화량을 측정하여 균열브리징 영역을 구하였다.

• Composites Research
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• 제16권3호
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• pp.9-17
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• 2003

타이어 벨트층내의 코드간 균열연결 및 층간균열진전을 모사하기 위해 자유단을 갖는 2층 고무/코드 적층시험편에 대한 4~11mm 변위제어 실험을 수행하였다. 자유단의 코드간 균열연결시의 폭방향 균열진전량은 45$^{\circ}$ 경사진 코드들간 길이의 절반에 도달할 때의 측정값으로 하였으며, 이는 탐침법에 의해 측정되었다 또한, 자유단에서 코드들간 균열연결을 모사하기위해 2차원의 이상화된 모델링 기법을 고안하였다. 이론수명은 테어링에너지(균열파단면의 단위면적당 방출에너지)를 이용하여 코드간 균열연결수명(임계값)과 이후 최종파손까지의 수명으로 구분하였으며, 이들을 각기 실험값과 비교하였다. 임계값까지의 수명예측은 실험과 비교하여 약 20%, 최종파손까지 약 65%의 오차가 발생하였다. 따라서, 전체 이론수명은 실험과 비교하여 약 45%의 오차를 발생하였다.

• 한국가스학회지
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• 제4권4호
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• pp.25-33
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• 2000

최근 들어 가혹한 온도 및 압력조건에서 운전이 요구되는 고온배관들의 잔여수명예측은 상당히 중요한 관심사로 부각되고 있다. 이에 고온손상을 정량적으로 평가하여 설비를 안전하게 사용하기 위한 유지기술 및 수명평가 기술을 확보하는 것은 매우 중요하다. 한편 이러한 고온배관내 대부분의 균열은 반타원 표면균열의 형태로 형상화되어 파괴역학의 실제응용에서 발견할 수 있는 가장 복잡한 형상과 하중특성을 갖게 된다. 이를 배경으로 본 연구에서는 먼저 축방향 및 원주방향 반타원 표면균열이 존재하는 직관의 완전 3차원 유한요소망 자동생성 프로그램을 작성하였다. 이렇게 생성된 유한요소 입력자료를 이용하여 3차원 유한요소 해석을 수행하면 반타원 표면균열선단을 따른 고온 크리프 파괴 지배변수 $C^{\ast}$-적분값을 구할 수 있다. 또한 $C^{\ast}$-적분값에 준해 균열진전량을 계산하는 후처리 균열진전 모듈을 추가하여 사용자 편의 수명평가 프로그램을 개발하였다. 최종적으로 개발된 통합 수명 평가 프로그램을 이용하여 여러 가지 해석변수들의 반타원 표면균열을 갖는 고온 직관 수명에 대한 영향을 살펴보았다.

• 한국전산구조공학회논문집
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• 제27권4호
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• pp.297-303
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• 2014

페리다이나믹스 이론과 이진분해 기법의 병렬연산을 이용하여 동적 균열진전 문제에 대한 애조인 형상 설계민감도 해석법을 개발하였다. 페리다이나믹스에서는 균열의 연속적인 분기를 다룰 수 있으며, Explicit 시간적분법을 채택한다. 설계민감도 해석은 애조인 변수법은 경로의존성 문제에는 적합하지 않으나 여기서는 응답해석의 경로를 이미 알고 있으므로 채택하여 사용할 수 있었다. 얻어진 해석적 설계민감도는 유한차분과 비교하여 그 정확성을 검증하였다. 유한차분법은 설계섭동량에 민감하여 비선형성이 강한 페리다이나믹스 문제에서 부정확한 설계민감도를 제시할 수 있다. 정확한 설계민감도 해석을 위해서는 이산화과정에서 $C^1$ 연속성을 가지는 체적율이 필요함을 알 수 있었다.

• 한국전산구조공학회논문집
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• 제28권1호
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• pp.1-8
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• 2015

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(${\Delta}K$)의 관계 등의 결과를 실험결과와 비교하여 검증하였다.

• Nuclear Engineering and Technology
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• 제19권3호
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• pp.169-179
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• 1987

소형시험편(1/2"T)을 이용, 균열진전량 및 J계산식에 따른 재료의 J-R (J-T) 곡선의 변화를 조사하여 신뢰성있는 J-R(J-T) 곡선을 구하기 위한 실험 및 해석방법을 고찰하였다. 시험은 국내 원자력발전소 압력용기감시 시험에 포함되어 있는 파괴인성시편과 꼭같이 SA 533 Grade 3, Class1 재료로 제작한 1/2"T, C-T 시편을 이용, Single Specimen Unloading Compliance Technique으로 수행하였다. 시험 및 해석결과 Ernst의 Deformation theory J (JD)식을 이용하여 초기 Uncracked ligament (be)의 25～30%까지 균열을 진전시켜 구한 J-R(J-T) 곡선이 대형시편의 결과와 가장 유사한 값을 나타내었다. 한편 Ernst의 Modified J (JM)식에 의한 J-R (J-T) 곡선은 Deformation theory J(JD)에 의한 J-R(J-T) 곡선보다 다소 높은 Instability 예측점을 얻을 수 있기 때문에 실제 압력용기 안전성 해석시에는 가동률향상 및 수명연장 측면에서 Modified J의 사용은 고려되어야 할 것이다.되어야 할 것이다.

• 비파괴검사학회지
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• 제21권1호
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• pp.80-90
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• 2001

AE 신호와 재료의 기계적 물성과의 관계를 정량적으로 제시할 수 있는 방법을 개발하였다. 재료의 여러 가지 기계적 성질들 중 피로균열 거동에 관련된 응력확대계수를 중심으로 AE 신호와 같은 다변량 데이터의 처리에 많이 사용되고 있는 주성분 회귀분석과 비선형적 문제 해결에 적합한 신경회로망 기법을 이용하였다. 이를 위하여 강교량 부재인 SWS490B 강에 대한 피로균열전파 실험을 수행하였으며 표준 CT 시편에 대한 피로균열진전 시 발생하는 AE 신호의 각 변수와 응력확대계수와의 관계를 고찰하였다. 통계분석 방법인 변수선택법을 적용한 결과 AE 카운트(RC), 에너지(EN), 신호지속시간(ED)의 각각에 대한 유의성이 높은 것으로 나타났으나 전반적으로 전체 AE 변수를 모두 이용할 경우 통계적 유의성이 높은 것으로 나타났다. 부재의 반복하중 시 발생하는 피로균열진전을 정량적으로 도출할 수 있는 응력확대계수 추정모델을 개발하고 평가하였다. 미지 시료에 대하여 개발된 모델의 응력확대계수 예측 성능을 분석한 결과 주성분 회귀모델과 인공신경망 모델 모두 우수한 예측성능을 나타내었으나 전반적으로 인공신경망 모델이 주성분 회귀모델보다 다소 양호한 것으로 분석되었다.

• 대한기계학회논문집A
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• 제40권8호
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• pp.693-701
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• 2016

본 논문에서는 파괴역학적 방법으로 노치 결함을 평가해 보았다. 인장 하중과 굽힘하중이 작용하는 중앙 균열, 모서리 균열 평판 구조물을 바탕으로 노치 크기를 달리하며 한계하중 및 에너지해방률을 유한요소 해석의 J-적분으로 도출하였다. 노치의 반경이 커짐에 따라 한계하중은 큰 변화가 없었으며, 에너지해방률는 커지는 양상을 보였다. 노치 반경에 따른 재료 파괴인성($J_{IC}$)측정을 위해 실험을 대신한 유한요소 연성파손 모사기법을 사용하였다. 그 결과 노치 크기 증가에 따른 에너지해방률 증가량 대비 파괴인성($J_{IC}$) 증가량이 더욱 큰 양상을 보였다. 이런 결과를 통해 노치 반경이 커질수록 균열 진전에 대한 저항성이 커진다는 사실을 알 수 있었다.

• Journal of Welding and Joining
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• 제5권2호
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• pp.44-52
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• 1987

The fracture toughness, $J_{IC}$ of high frequency electric resistance welded steel pipe for smooth and side-grooved CT specimen was evaluated by unloading compliance method. The crack growth, .${\delta}a$ was obtained from the equation of Donald and Saxena & Hudak, and $J_{IC}$ was determined from the curve of J-${\delta}a$ relations. The crack growth on the experiment using unloading compliance method is underestimated as compared with ${\delta}a$ measured directly by the SEM, so the reliability of $J_{IC}$ from saxena & Hudak equation is large than that from Donald. The $J_{IC}$ value of side-grooved CT Specimen is estimated less than that of smooth, and this is the effect of the side-groove, the shear-lip of crack tip and the reduction of crack tunnelling phenomena.