본 연구에서는 하중비전달형 필렛용접부를 대상으로 순수휨 상태에서 그라인딩 처리 및 TIG 처리에 따른 피로강도 향상정도 및 피로특성을 정량적으로 평가하기 위해서 일련의 4점 휨실험을 실시하였다. 피로실험결과 그라인딩 처리한 경우와 TIG 처리한 경우 $2{\times}106$회 피로강도가 한등급 향상되는 것을 알 수 있었으며, 국내 외의 피로설계기준에서 규정하고 있는 피로강도등급을 대체로 만족하고 있음을 알 수 있었다. 용접지단부의 기하학적 형상에 대한 매개변수해석결과 하중비전달형 필렛용접부에서 응력집중계수에 영향을 미치는 인자는 곡률반경과 비드접선각도임을 알 수 있었다. 한편 파괴역학적 해석 결과 피로균열 발생초기에는 균열보정계수에 가장 큰 영향을 미치는 인자는 기하학적 형상 보정계수임을 알 수 있었으며, 상대깊이가 0.4 이상이 되면 기하학적 형상보정계수 보다는 유한판 보정계수가 보다 큰 영향을 미치는 것을 알 수 있었다. 또한 유한요소해석결과로부터 산정한 응력확대계수범위와 피로균열성장속도의 관계식으로부터 하중비전달형 필렛용접부의 피로수명을 비교적 정확하게 산정할 수 있었다.
본 연구에서는 향후 사용빈도가 증가할 것으로 예상되는 SM570, POSTEN60 및 POSTEN80 강재를 대상으로 용접선 방향이 피로균열성장속도에 미치는 영향, 용접방법 및 강도등급에 따른 피로균열성장특성, 그리고 각 재질별(모재부, 열영향부, 용접금속부) 피로균열 성장특성을 정량적으로 평가하기 위해서 CT시험편을 제작해서 일련의 피로시험을 실시하였다. 피로시험결과 노치가 용접선과 평행한 시험체의 경우 노치선단에 존재하는 압축잔류응력의 영향으로 노치가 용접선과 직각인 시험체의 경우보다 피로균열성장속도의 지연현상이 현저해지는 것을 알 수 있었다. 그리고 용접 방법에 따른 피로균열성장특성은 강재의 강도등급에 관계없이 FCAW가 SAW에 비해서 피로균열성장속도의 분산이 적게 나타나고 있으며, 또한 높은 응력확대계수범위 영역에서 피로균열성장속도의 수렴현상이 나타나는 것을 알 수 있었다. 한편 본 피로시험결과와 기존의 연구결과를 비교하면 피로균열성장영역에서의 피로균열성장속도는 유사한 경향을 나타내고 있으므로 본 연구에서 대상으로 한 강재는 피로안전성을 충분히 확보하고 있음을 알 수 있었다.
Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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제25권5호
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pp.1108-1114
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2001
The fatigue crack propagation behavior of the SA516-Grade 70 steel which is used for pressure vessels was experimentally examined under the condition of at room temperature, $150^{\circ}C$, $250^{\circ}C$ and $370^{\circ}C$ with stress ration of R=0.1 and 0.3. The fatigue crack propagation rate , da/dN, related with the stress intensity factor range, $\vartriangle$N, was influenced by the stress ration within the stable growth of fatigue crack(Region II) with an increase in $\vartriangle$N. The resistance to the fatigue crack growth at high temperature is higher in comparison with that at room temperature, and the resistance attributed to the extent of plasticity-induced by compressive residual stress according to the cyclic loads. Fractographic examinations revels that the differences of the fatigue crack growth characteristics between room and high temperatures are mainly explained by the crack and oxide-induced by high temperature.
Most cracks in the structure occur under mixed mode loading and those fatigue crack propagation behavior heavily depends on the stress ratio. So, it is necessary to study the fatigue behavior under mixed mode loading as the stress ratio changes. In this paper, the fatigue crack propagation behavior was respectively investigated at stress ratio 0.1, 0.3, 0.5, 0.7 and we changed the loading application angle into 0$^{\circ}$, 30$^{\circ}$, 60$^{\circ}$ to apply various loading mode. The mode I and II stress intensity factor of CTS specimen used in this study was calculated by the displacement extrapolation method using FEM (ABAQUS). Using both the experiment and FEM analysis, we have concluded the relationship between crack propagation rate and stress intensity factor range at each loading mode due to the variation of stress ratio. Also, when the crack propagated under given stress ratio and loading mode condition, we have concluded the dominant factors of the crack propagation rate at each case.
Most cracks in the structure occur under mixed mode loadings and those propagation depend on the stress ratio very much. So, it is necessary to study the fatigue behavior under mixed mode loading as stress ratio changes. In this paper, fatigue crack propagation behavior was investigated respectively at stress ratio 0.1, 0.3, 0.5, 0.7 and we change loading application angle to $0^{\circ},\;30^{\circ},\;60^{\circ}$ to apply various loading. mode. The mode I and II stress intensity factors of CTS specimen used in this study were calculated by displacement extrapolation method using FEM(ABAQUS). Using both the study through the experiment and the theoretical study through FEM analysis, we studied the relation between crack propagation rate and stress intensity factor range at each loading mode due to the variation of stress ratio. Also, when the crack propagated under given stress condition and given loading mode condition, we studied what the dominant factors of the crack propagation rate were at each case.
이 연구에서는 덮개판 형상이 피로특성에 미치는 영향을 정량적으로 평가하기 위해서 강교량을 구성하는 구조세목 중 덮개판 필렛용접부를 대상으로 일련의 피로실험을 실시하였다. 피로실험결과 덮개판 형상에 따라 피로강도에 다소 차이를 나타내고 있었으나 국내 및 외국의 피로설계기준을 만족함을 알 수 있었다. 또한 비치마크실험결과로부터 피로균열 발생점은 용접지단부의 형상에 밀접하게 관련되어 있음을 확인할 수 있었으며, 용접지단부의 여러 곳에서 동시다발적으로 발생한 피로균열이 반타원형의 표면균열의 형태로 성장하고 이 균열이 서로 합체되어 관통균열의 형태로 성장함으로써 결국 파단에 이르렀다. 한편, 파괴역학적 해석결과로부터 기존의 제안식 및 유한요소해석에서 구한 균열보정 계수 중기하학적형상보정계수가 가장 지배적임을 알 수 있었으며, 피로균열성장속도와 유한요소해석에서 구한 응력확대계수범위 사이의 관계로부터 덮개판 필렛용접부의 피로수명을 산정 할 수 있었다.
This work has been investigated the ralationship between single surface crack length and crack depth have influence on the fatigue life. The simulation based on experimental results of 2.25 Cr-1Mo steel at various crack configuration ratios has enabled successful prediction of fatigue life at room temperature. The effect of crack depth should be considered for predicting fatigue crack growth rates as well as that of surface crack length. It is also shwn that the crack growth mechanisms are in good agreement with expreimental data according to the interaction of crack length and crack depth.
Turbine blade is subject to torsional load by torsion-mount, centrifugal load by rotation of rotor and repeated bending load by steam pressure. Turbine with partially cracked blade has normal working condition at initial repair time but vibratory working condition at middle repair time due to crack growth. Finite element analysis on turbine blade indicates that repeated bending load out of all loads is the most important factor on fatigue strength of turbine blade. Therefore, this study shows root mean square roughness has linear relation with stress intensity factor range in 12% Cr steel and can predict loading condition of fractured turbine blade.
Turbine blade is subject to torsional load by torsion-mount, centrifugal load by rotation of rotor and repeated bending load by steam pressure. Turbine with partially cracked blade has normal working condition at initial repair time but vibratory working condition at middle repair time due to crack growth. Finite element analysis on turbine blade indicates that repeated bending load out of all loads is the most important factor on fatigue strength of turbine blade. Therefore, this study shows root mean square roughness has linear relation with stress intensity factor range in 12% Cr steel and can predict loading condition of fractured turbine blade.
Various equipments in plants are welded with two different materials and it is required to investigate the effects of fatigue crack propagation on the neighborhood of a welded portion. The characteristics of fatigue crack growth in the base metal of carbon and stainless steel, in the carbon and stainless steel sides located in the neighborhood of welded portion (carbon/stainless steel), respectively and welded portion, are investigated. The results show that the crack growth in the welded portion (carbon/stainless steel) is an average value of the crack growths in the carbon and stainless steel respectively located in the neighborhood of the welded portion. It is found that the crack growth in the welded portion is not significantly different from those in the carbon and stainless steel sides. Hence it can be concluded that the structure welded with two different materials wold not impede the integrity based on the fatigue crack growth.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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