Tensile and fracture toughness tests of the cold-rolled STS 304 steel plate for membrane material of LNG storage tank were performed at wide range of temperatures, 11 IK(boiling point of LNG), 153K , 193K and 293K(room temperature). Tensile strength significantly increases with a decrease in temperature, but the yield strength is relatively insensitive to temperature. Elongation at 193K abruptly decreases by 50% of that at 293K, and then decreases slightly in the temperature range of 193K to 111K. Strain hardening exponents at low temperatures are about four times as high as that at 293K. Elastic-plastic fracture toughness($J_c$) and tearing modulus($T_{mat}$) tend to decrease with a decrease in temperature. The $J_c$ values are inversely related to effective yield strength in the temperature range of 111K to 293K. These phenomena result from a significant increase in the amount of transformed martensite in low temperature regions.
An automated system is developed to perform fatigue crack growth tests under constant effective stress intensity factor range ${\Delta}K_{eff}$. In the system, crack length and crack opening load are measured in real-time by using the unloading elastic compliance method. The system consists of two personal computers, an analogue electrical subtraction circuit, a stepping motor, a stepping motor driver, a PIO board, and the application software used to integrate the whole system. The performance of the developed system was tested and discussed performing constant ${\Delta}K_{eff}$ crack growth tests on a CT specimen of 7075-T6 aluminum alloy. The performance of the system is found to be strongly dependent on the accuracy of measurements of crack opening load. Besides constant ${\Delta}K_{eff}$ testing, the system is expected to be successfully applied for automation of various fatigue tests.
To examine the effect of acid fog on the corrosion fatigue behavior in structural steel, fatigue tests under acid fog atmosphere were carried out in comparison with distilled water. The corrosive c omponents contained in acid fog pile up the corrosion products on crack face and show a crack branching and crack tip blunting. Therefore, due to these workings crack growth rate was reduced by decreasing the effective stress range in crack tip rather than under distilled water. Also the effect of sulfuric acid, which is the main component of acid fog, and testing speed on fatigue crack growth were examined. It was found that corrosion behavior was remarkably dependent upon pH and Hz rather than components of acid fog. According as pH and testing speed decrease below a specific value, crack growth was accelerated in comparison with distilled water. This reveals that due to liquid having strong acidity and slow speed of test the crack face dissolution was promoted, so crack closure was disturbed in the process of stress descent.
본 논문에서는 작은 인공결함을 가진 표면균열의 진전거동을 밝히기 위하여 용접성이 좋고 강도도 적당하며 내식성이 좋아 해양구호무재 및 용접구호물재로서 널 리 사용되는 5083-H113 알루미늄합금을 준비하고 이재료의 피로표면균열 진전거동에 미치는 응력비의 영향을 균열닫힘과 함께 검토하였다.
최근 콘크리트 구조물을 보강하는데 경량이며 높은 강도를 가지고 있는 FRP(Fiber Reinforced Polymer)시트의 사용이 증가하고 있는데 구조물 보강 설계 시 부착 강도가 매우 중요하다. 그래서 FRP시트와 콘크리트 사이의 부착 강도에 대한 정확한 수치 모델을 얻기 위하여 많은 연구자가 다양한 변수(콘크리트 압축강도 및 인장강도, 콘크리트와 FRP의 탄성계수, 콘크리트와 FRP의 폭과 두께, 파괴에너지, 부착 길이, 유효부착길이, 최대 부착 응력과 최대 슬립)를 가지고 실험과 해석 연구를 수행하여 왔다. 결과적으로 많은 모델이 도출되었으나 실무에 쉽게 사용될 수 있는 검증된 모델은 제시되지 않았다. 그래서 본 연구는 현재까지 제안된 23개의 모델(Khalifa 모델, Iso 모델, Maeda 모델, Chen 모델 등)로부터 부착 강도에 미치는 요인을 분석하고 188개의 시험체에 대한 부착 강도 실험값을 각 모델들의 수치 결과 값과 비교하여 수식이 간단하고 높은 정도를 가진 사용하기 쉬운 모델을 제시하고자 하였다. 결과적으로 부착 강도 모델로 Iso 모델과 Holzenkӓmpfer 모델의 유효부착길이에 근거한 실용성 있는 모델을 제안하였다.
개수로 난류흐름내 잠기지 않는 저항체들이 에너지 손실에 미치는 영향을 수리실험을 통해 연구하였다. 개수로의 잠기지 않는 구조물이나 식생을 연구하기 위하여 정방형 다열기둥을 실험에 사용하였다. 실험수로에 흐름방향 다열기둥을 횡방향으로 1열 및 2열로 배치하고 평균적 등류수위를 유지하여 일련의 유량과 수로경사를 조건으로 실험을 수행하고 측정하였다. 실험결과를 Manning공식에 적용하여 바닥마찰과 기둥의 형상저항에 의한 흐름저항 및 에너지손실을 표현하는 상당저항계수 값을 등류수심과 기둥의 이격거리를 변화시키며 산정하였다. 그리고 실험을 통해 산정된 값과 항력상호작용계수를 포함하는 운동량방정식으로부터 유도된 상당저항계수의 이론식과 비교하였다. 이론식과 실험치의 비교로부터 기둥에 의한 흐름저항의 상호작용이 수로전체의 에너지손실에 미치는 영향이 매우 중요함을 알 수 있었다. 그리고 기둥폭에 대한 기둥이격거리가 약 2.2배 이하 일 때 값이 감소하며, 항력상호작용계수가 기둥이격거리에 지배적으로 의존한다는 사실로 부터 이론식에 나타난 값이 등류수심에 2/3승으로 증가함이 유효함을 알 수 있었다.
하니컴 샌드위치 복합재료(HSC) 구조물은 높은 강성 및 경량화가 요구되는 항공ㆍ우주 및 군수 산업 등에 폭 넓게 이용되고 있으며 하니컴 샌드위치 복합재료의 정확한 강도 해석에 있어서 하니컴 코어의 기계적 물성 예측이 필요하다. 본 연구에서는 하니컴 코어 벽의 굽힘, 축 방향 및 전단 변형을 고려한 에너지 법을 사용하여 하니컴 코어 재료의 각 방향 탄성계수 및 포아송 비와 같은 기계적 물성 값을 구하기 위한 예측식을 유도하고, 이 이론 예측값이 유한요소 해석 프로그램인 ABAQUS 6.3을 이용하여 구한 결과와 거의 일치하고 있음을 알았다. 또한 하니컴 샌드위치 복합재료 평판의 인장 실험 및 유한요소 시뮬레이션을 수행하여 변형 거동 예측 및 층간 응력을 해석하였다. 하니컴 코어층과 표면층 사이의 전단 응력의 증가는 HSC 평판의 층간분리 현상의 주원인임을 알 수 있었다.
이 연구는 지진시 지하공동의 붕괴로 인한 지표면 함몰에 관련된다. 지하공동의 붕괴로 인한 침하량은 공동의 깊이, 모래의 단위중량, 기초의 크기와 형태, 지진강도 그리고 공동의 크기에 따라 달라진다. 본 연구에서는 함몰의 정도의 추정, 함몰에 영향을 미치는 요소의 해석, 그리고 절대침하와 부등침하 그리고 회전성침하로 인한 구조물 손상에 대한 확률을 계산하는 프로그램을 개발하였다. 본 연구의 얻어진 결과에서 공동의 깊이가 일정하고 폭이 증가함에 따라 파괴면의 각과 공동의 유효계수는 모래의 단위중량보다 침하계수에 영향을 적게 미쳤다. 그리고 같은 조건에서 절대침하와 부등침하에 대한 구조물의 손상확률은 증가하였고 회전성침하에 대한 손상확률은 감소하였다.
응력확대계수비와 하중 주파수가 각각 'R=0.1, f=0.1 Hz', 'R=0.3, f=0.3 Hz' 및 'R=0.5, f=0.5 Hz'인 세가지 하중 조건에서 피로균열전파 실험을 하였으며 이를 바탕으로 고성능 강재의 피로균열전파거동 분석과 피로수명평가를 수행하였다. 하중 조건에 따른 피로균열전파거동을 모사하기 위해 수정된 Forman 모델을 제안하였으며 제안된 모델은 하한 응력확대계수폭과 균열 닫힘 현상에 의한 유효 응력확대계수폭을 고려함으로써 거동의 전 영역을 모사할 수 있었다. 응력확대계수비와 하중 주파수가 0.1 인 경우, 균열이 약 5.0 mm 전파될 때 피로수명을 평가한 결과, Forman 모델은 8,814 cycles, 수정된 모델은 12,292 cycles 의 계산결과를 얻었으며, 이를 12,774 cycles 의 실제 실험결과와 비교할 때 수정된 Forman 모델이 실제 피로균열전파거동을 보다 효과적으로 모사하고 있음을 확인할 수 있었다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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