본강좌(II)에서는 종래에 제안된 피로기구와 이론의 개요를 소개함으로서, 구조용 재료의 강도 및 복잡성을 살펴보기로 하겠다. 기계적인 각종의 원칙 및 이론은, 피로를 동반한 기계적, 금속적 또는 물리적 현상중에 어느 하나의 현상에 대해서만 적응되고 또 이론이 적용되는 영역도, 재 료에 가해지는 응력의 고저를 고려하면 피로한도근방에, 또는 피해가 발생하는 영역 그리고 소성피로를 발생시키는 영역에만 제한된다. 따라서 이와 같은 사항들을 전부 고려한 통일된 피 로기계 및 이론은 아직 찾아볼 수는 없으나, 피로를 이해하는데 초보자에게는 도움이 될 것이 라고 인식되기에, 우선 종래에 발표된 피로에 대한 각종 이론 및 구조들 중에 중요하다가 생 각되는 몇 가지만을 간추리고 그 개요를 다음과 같이 간단히 소개하기로 했다.
현재 폴리머 애자의 금구 재질로 사용되고 있는 구상 흑연 주철품(FCD450). 기계 구조용 탄소강(SM20C) 및 알루미늄 합금(A2024)의 압착에 따른 인장파괴하중의 값과 재질고유의 인장시험 등을 통하여 가장 우수한 특성을 보이는 재질을 선정하고자 하였다. 본 실험 결과 기계구조용 탄소강(SM20C)이 압착조건에서는 기계적 특성에서 우수한 재질로 판정이 되었으며, Qs(품질관리지수)를 계산한 결과도 만족한 값을 보였다. 향후 전철용 고분자 장간애자에서는 구상 흑연 주철품(FCD450)으로만 규정되어 있는 금구 재질을 동등 이상의 재질로 규정하는 것이 특성향상에 바람직할 것으로 보여진다.
수냉형의 Bo kg/$\textrm{mm}^2$1급 TMCP 고장력 강재를 중심으로, 이 강재 모재의 기계적 특성 및 용접부의 각종 사용특성에 관해 종래의 압연제법에 의한 동일강도레벨의 고장력강판과 비교하여 고찰하고 이 강재의 유효이용에 대하여 설명하였다. TMCP 고장력 강판은 탄소당량이 낮고 결 정립 미세화가 달성되기 때문에 파괴인성이나, 용접부의 내외화, 내용접균열성 면에서 탁월한 특 징을 가지나 용접조립시 용접열사이클로 인한 연화현상 때문에 용접부의 사용특성이 문제로 될 수 있다. 그러나 용접조건이나, 강판의 강도, 화학성분의 배려, 선택에 따라 실용상 별로 문제가 되지 않음이 확인하고 있다. 이와 같은 특징으로 인해 TMCP강은 조선용 소재뿐만 아니고, 북해, 북극해와 같은 한냉빙해역의 가혹한 환경에서 작동되는 해양구조물용이나 라인 파이프용 소재 로서도 그 활용이 확대되어 갈 것으로 생각된다.
Demand for now nondestructive evaluation are growing to detect fatigue crack growth behavior to predict long term performance of materials and structure in aggressive environments especially when they are In non-visible area. Acoustic emission technique is well suited to these problems and has drawn a keen interests because of its dynamic detection ability, extreme sensitivity and location of growing defects. In this study, we analysed acoustic emission signals obtained in fatigue and tensile test of high strength fire resistance steel for frame structure with time-frequency analysis methods. The main frequency range is different in the noise and the fatigue crack propagation. It could be classified that it were also generated by composite fracture mechanics of cleavage, dimple, inclusion separation etc.
폐자원의 재활용은 현재 미래산업을 발전시키는데 중요한 변수로 작용하고 있으며, 폐플라스틱의 경우 통신 케이블 덕트, 고속전철용 케이블 덕트, 선박용 구조체등 고부가가치 제품으로의 기술개발이 활발히 진행되고 있다. 폐 Polyolefin 계열의 수지는 성형가공이 적절한 MFI(Melt flow index)와 뛰어난 기계적 물성, 가공 성형성 등으로 인해 다양한 형태와 용도로 recycling되고 있으나, 재생시 다수 Grade에 의한 분별, 분리수거의 어려움, 상용성결여, 난연성 부재 그리고 70% 대의 기계적 물성 회복율로 인해 그 용도가 제한되고 있는 실정이다.(중략)
본 연구에서는 강구조물에 자주 사용되고 있는 용접구조용강재를 대상으로 강재검사성적증명서를 수집하고 이를 통계적으로 분석, 정리해서 기계적 성질의 특성을 정량적으로 평가하였다. 본 연구결과 현재 국내에서 생산되는 용접구조용강재의 기계적 성질은 현행 KS에서 규정하고 있는 기준값을 만족하였으며, 판두께 및 강도등급과 일정한 상관관계가 있음을 알 수 있었다. 강종별 판두께 및 강도등급과 기계적 성질 사이에는 선형적인 비례관계가 성립, 본 연구결과는 기존 연구결과와 유사한 경향이 있음을 알 수 있었다. 현행 KS에서는 강재의 기계적 성질 중 항복점 응력에 대한 상한값이 규정되어 있지 않는데, 강재의 변형성능을 충분하게 확보하기 위해서는 항복비 (또는 항복강도)의 상한값을 규정 할 필요가 있을 것으로 생각된다.
아연 가격의 상승과 경량합금개발의 중요성이 부각됨에 따라 아연을 대체할 새로운 강판용 내식소재의 개발이 중요하다. Al-Mg 합금 박막은 낮은 밀도를 가지면서 질량 대비 높은 강도, 좋은 내식성을 지녀 아연도금강판을 대체할 코팅소재로 그 가능성이 연구되고 있다. 이러한 Al-Mg 합금 박막의 실용화를 위해 국내외의 관련 연구그룹에서 연구를 진행하고 있으며, 그 결과 Al-Mg 합금 박막의 내식성 및 기계적 특성은 박막의 조성 및 미세구조와 상당한 관련성이 있음이 알려지고 있다. 본 연구에서는 sputtering법으로 냉연 강판에 Al-Mg 합금을 조성 및 열처리 여부 등을 조절하여 증착시킨 후 각 조건에 따른 박막의 미세구조와 기계적 특징을 조사하였다. 각 조건별 내마모도와 경도, 마찰계수, 밀착력을 분석하여 기계적 특성과 미세구조와의 상관관계를 도출하고자 하였다.
최근 기계가공기술의 발달에 따라 내마모용 TiN 박막의 수요가 증가하였고, TiN박막은 내마모용으로 높은 경도 및 밀착력을 필요로 한다. TiN박막을 증착시키는 방법은 PVD, CVD 등 여러 가지가 있으나 본 연구에서 공구강 SKD 61기판 표면과 Radical Nitriding(RN) 처리된 SKD 61 기판에 arc ion plating(AIP)를 이용하여 TiN 박막을 증착시켜 표면경도를 향상시키고, 이 코팅층의 미세구조가 기계적 특성에 미치는 영향을 연구하였다. 그 결과 RN처리된 SKD61에서 코팅 두께가 많이 나왔고, 스크래치테스트 결과 접착력이 향상되었음을 알 수 있었다.
각종 회전기계류의 고속화, 고온화 추세로 고속, 고온에 사용될 수 있는 베어링 개발이 요구되고 있다. 그러나, 기존에 많이 사용되어 오던 steel 베어링은 고온에서의 강도 저하 및 고속에의 전동체의 원심력 증가에 의한 급격한 피로수명의 감소 등으로 인해 사용이 불가능하게 된다. 고속화를 위해서 저밀도의 재질이 필요하며, 고온화를 위해서는 고온강도가 뛰어난 재질이 필요하다. 최근 개발되고 있는 기계구조용 세라믹은 이 두 가지 특성을 모두 지닌 재질로서 베어리에의 응용이 시도되고 있다.
구조용 합성섬유는 작은 비중에 의한 반발률 감소, 지하수 및 해수에 의한 부식 발생의 우려가 없어 강섬유의 대체재로 구조용 합성섬유의 관심이 최근 높아지고 있다. 본 연구에서는 시멘트 복합체의 잔골재 조립률이 구조용 섬유의 인발강도 및 인발에너지에 미치는 영향을 평가하기 위한 실험연구를 수행하였다. 조립률 1.96, 2.69, 3.43인 잔골재로 시멘트 몰탈을 제작하였으며 구조용 합성섬유 1종(polypropylene), 강섬유 1종(hooked ends type)을 대상으로 단일섬유 dog bone shape 공시체를 제작하여 pull-out 실험을 수행하였다. 실험결과 구조용 합성섬유 공시체에서 시멘트 몰탈의 조립률이 증가할수록 인발강도 및 인발에너지가 증가함을 알 수 있었다. 구조용 합성섬유의 경우 시멘트 몰탈과 섬유 사이의 마찰력이 인발메커니즘의 중요인자로 시멘트 몰탈의 잔골재 조립률이 높아질수록 골재 입자가 크고 거칠어지며 섬유와 시멘트 몰탈 사이의 마찰력이 증가하여 섬유의 인발을 억제하기 때문으로 판단된다. 반면, 강섬유 공시체의 경우 시멘트 몰탈 조립률 증가에 따른 인발강도 및 인발에너지의 뚜렷한 경향성은 나타나지 않았다. 이는 강섬유 hooked ends 부분의 기계적 정착이 시멘트 복합체와 강섬유 사이의 마찰력과 비교하여 인발저항력에 미치는 영향이 더 크므로 시멘트 복합체의 잔골재 조립률 변화가 인발저항력에 상대적으로 적은 영향을 미치는 것으로 판단된다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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