본 연구에서는 미소 결함주위에서 발생, 전파하는 균열들에 미치는 초기 결함 깊이와 상호 간섭 영향을 검토하기 위하여 기존 재료가 갖고 있는 결함이나 비금속 개 재물로 대신할 수 있다고 생각되는 미소 원공의 크기를 변화시킨 모델에 대해 유한 요 소법을 이용하여 3차원적으로 응력을 해석하였다. 실제 사용하고 있는 부재에 결함 들이 존재할 경우 응력장의 간섭으로 피로 균열 진전이 가속화됨으로 미소 원공 주위 의 응력 분포 및 미소 원공사이의 응력장의 간섭과 미소 원공에서 발생, 전파하는 표 면 균열의 응력 확대 계수에 미치는 영향에 대하여 비교검토 하였다.
본 연구에서는 상술한 바와 같이 광간섭에 의한 포성재료 및 초저온, 초고온 에 사용되는 재료의 응력확대계수 측정법에 대한 응용의 한 방법으로서 테프론 균열 주형법에 의한 인공열을 에폭시(epoxy)판으로 주형하고 레이저 간섭법에 의한 응력 확대계수의 측정을 시도하여 광소자(phototransistor)로 추적하기에 적당하고 선명한 간섭무늬를 얻을 수 있는 판사면 중심간의 구이를 실험적으로 결정하고 광탄성법에 의 한 실험결과와 비교하여 레이저 간섭법의 실용성을 확인하려고 한다.
용접구조물에는 외력이 부가되기 이전에 잔류응력이 걸려 있으므로 용접잔류응력 크기 및 분포 상태는 취성파괴, 피로강도, 응력부식균열, 좌굴, 시효변형과 같은 다양한 형태의 손상에 직접적으로 영향을 끼쳐 잔류응력을 정량적으로 해석하기 위한 지속적인 연구가 필요한 실정이다. 본 논문은 비파괴적인 기법 중 레이저를 이용한 전자처리스페클패턴 간섭법을 이용하여 평판 용접시험편의 외부하중에 따른 전체 거동에 잔류응력의 측정 기법을 제시하고자 한다. 용접시험편에 인장 하중을 가하였을 때, 이를 전자처리패턴스페클 기법을 이용하여 측정하였다. 측정된 결과로부터 용접시험편의 모재부와 용접부의 변형률을 측정하고, 이를 이용하여 탄성계수를 측정하였다. 본 논문은 전자처리스페클패턴 간섭법으로 용접시험편의 용접부와 모재부의 변형률의 차이를 이용하여 잔류응력 값을 산출하는 식을 제시하였고, 이를 수치적으로 계산하여 잔류응력 값을 산출하였으며 측정 결과, 모재부에 비해 용접부의 탄성계수가 약 3.7배 높은 약 8.46 MPa로 측정되었다.
잔류응력은 공학적 구조물에 결함을 야기하는 유해한 응력이므로 산업현장에서는 이를 측정하기 위한 많은 관심을 가지고 있다. 현재 잔류응력 측정은 일반적인 방법을 사용하고 있지만 이러한 방법들은 어느정도 문제점을 내포하고 있다. 그러므로 레이저 스페클 간섭법에 유한요소법과 점 가열법을 혼합하여 산업 현장에 유해한 잔류응력을 측정할 수 있는 새로운 기법을 개발하였다. 이 기법에서 사용된 레이저 스페클 간섭계는 측정 시편의 응력이 풀릴 때의 면내 변형을 측정하기 위해서 사용되어 졌으며, 유한요소법은 응력 풀림을 위한 가열부의 온도와 그 밖의 변수들을 결정하기 위해서 사용되어 졌다. 잔류응력은 측정하고자 하는 부위의 가열 냉각에 의한 변형률에 의해 결정되어지며, 이에 대한 간단한 모델링을 제시하였다. 또한 본 실험은 변형의 3차원 정량화를 수행하기 위해서 레이저 스페클 간섭계의 전자 광학적 기법 중의 하나인 위상이동법을 이용하여 수행되어졌다.
모델 표면의 임의 영역에서 나타나는 이차원 전단응력의 분포를 측정하는 실험적 연구가 수행되었다. 오일막 위에 형성된 간섭영상을 이용한 이 측정법은 시험부 표면에 있는 오일막의 국소 기울기의 분포로부터 오일 윤활이론을 적용하여 전단응력의 분포를 얻어낼 수 있다. 평판 위에 수직으로 설치된 원형 실린더 전방의 박리영역에 이 측정법을 적용되어 전단응력의 이차원 분포가 측정되었다. 실험에서 관찰된 전단응력 분포는 유사한 유동조건에서 얻어진 과거 실험 및 수치결과와 비교분석 되었으며, 연구에서 전단응력 분포가 다른 연구결과들과 서로 잘 일치하고 있음이 관찰되어 이 측정법의 응용성이 검증되었다.
If defects are located far apart, fatigue cracks are independently initiated from them and gradually approach other cracks so that the fatigue life becomes influenced by the crack growth behavior of those interacting cracks. In this study, the effect of the stress interaction between defects on the fatigue crack propagation behavior is investigated experimentally and these results are verified by finite element method. In addition, fatigue crack propagation behaviors under micro hole interaction field are studied.
최근 산업의 고도화와 함께 초고온, 방사선노출 등과 같은 극한환경에서 사용되는 구조물과 MEMS 와 같은 미소 구조물(Hicrostructure)이 많아지고 있으며, 이들의 변형해석을 위한 기존의 접촉식 기법들은 그 한계를 극복해야 할 필요가 있다 해결방안으로 레이저를 이용한 비접촉 측정방식이 많은 발전을 해오고 있으며, 특히, 스페클간섭법(Speckle inteferometry)기반의 변형해석 기술이 가장 뛰어난 기술로 인정받고 있다. 스페클간섭법은 컴퓨터 화상처리기술에 힘입어 전자처리 스페클간섭법(Electronic Speckle Pattern Interferometry : ESPI)으로 발전을 하고 있으며, 자동차와 같은 대형구조물의 변형해석에서 MEMS 구조물과 같은 미소구조물 변형해석까지 그 적용범위가 매우 넓다. 본 논문에서는 ESPI 를 이용한 변형해석분야의 국내외 기술현황 및 적응사례, 발전방향를 소개하였다.(중략)
스트레인 게이지를 사용하여 회전체의 스트레인을 측정할 경우, 회전체 내에 브리지를 구성하여 브리지의 4점의 입출력단을 슬립 링을 매개로 정지 쪽으로 끌어내어 측정하는 것이 일반적으로 상용되고 있는 방법이다. 이 방법에 의하면 1측정점에 대하여 4소자의 슬립 링을 필요로 하기 때문에 다수점의 스트레인 측정은 곤란하다. 그래서 브리지를 셰브론 브리지식으로 구성하면 슬립링수를 대폭 줄일 수 있다. 그러나 이 방법은 다음의 이유로 인하여 측정 정밀도가 저하하는 결점이 있다. (1) 종래의 동응력 측정기는 입력 임피이던스가 작기 때문에 각 채널간에서 간섭을 일으킨다. (2) 채널간의 간섭은 공통브리지 저항값의 크기에 따라서도 영향을 받는다. 이 저항값이 작을수록 간섭량은 감소되기 때문에 이것을 작게 하면 브리지의 합성저항이 작아 지고, 브리지전원공급용 슬립 링의 접촉저항의 영향이 커진다. 그래서 셰브론 브리지식으로 슬립 링을 감소시키는 동시에 위에 말한 결점을 없앤 새로운 다점응력 측정기를 개발했다. 이 스트 레인측정기는 종래의 동스트레인 측정기와 다른 중요한 점은 다음의 두가지이다. (1) 증폭기의 입력임피이던스(impedance)를 크게 (약 50k.ohm.)하는 동시에 공통브리지의 저항을 작게 (약 10.ohm.)하고, 각 채널간의 간섭을 없앴다. (2) 브리지전원공급용 슬립 링의 접촉저항에는 관계없이 브리지에는 항상 일정한 전압이 공급 되게 했다. 본 보고에서는 (1)에 대한 검토는 생략하고, 주로 (2)에 대하여 기술한다.
용접 잔류응력은 용접공정에서 발생하는 하는데, 용접 구조물의 결함 유발 및 파괴의 주요 원인이 된다. 본 논문에서는 전자 처리 레이저 스페클 간섭법을 이용하여 원전 배관의 용접부 잔류응력을 측정하였다. 인장시험기를 이용하여 용접된 배관에 압축 하중을 가하였으며, 면내 변형 측정 간섭계를 이용하여 용접부와 모재부의 변형을 측정하였고, 제안된 수식에 의하여 탄성계수를 측정하였다. 용접 배관에 가해지는 하중에 따라 변형이 일정하게 증가하며, 용접 배관의 모재부와 용접부에 발생한 변형을 비교하였을 때, 모재부의 변형이 더 크게 나타남을 확인할 수 있었다. 용접 배관 모재부의 탄성계수는 202.46 GPa, 용접부의 탄성 계수는 212.14 GPa, 잔류응력은 6.29 MPa로 측정되었다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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