• 한국구조물진단유지관리공학회 논문집
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• 제26권4호
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• pp.30-39
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• 2022

원자력발전소 주요기기의 건전성 유지는 구조물의 안전성과 관련하여 매우 중요한 문제로 인식되고 있으며 배관시스템의 건전성은 원자력발전소의 안전과 관련된 매우 중요한 문제이다. 지진하중으로 인한 배관시스템의 실제 파괴모드는 피로균열에 의한 누수이며 구조적인 손상 메커니즘은 소성변형을 발생할 수 있는 큰 상대변위로 인한 저주기 피로이다. 이 연구에서는 원자력발전소의 배관시스템에서 3인치의 강재 직관과 강재 배관 Tee로 구성된 시험체에 대하여 다양한 크기의 일정한 진폭에 대하여 면내반복가력실험을 수행하였다. 지진하중으로 인한 배관시스템에서 발생하는 상대변위를 고려하기 위하여 하중진폭을 증가시켰으며, 강재 배관 Tee의 한계상태인 피로균열에 의한 누수가 발생할 때까지 수행하였다. 힘과 변위의 관계에 대하여 손상모델에 기반을 둔 손상지수를 이용하여 한계상태를 표현하였다. 그 결과 손상지수를 이용하여 강재 배관 Tee의 한계상태를 정량적으로 표현할 수 있음을 확인할 수 있었다.

• 동력기계공학회지
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• 제11권1호
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• pp.5-15
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• 2007

In the recently released accident-investigation report on blade failure, almost 70% of blade failures was found at low pressure turbine blades, and it is well known that main cause is due to the vibration modes. This paper describes the systematic approach on the root cause of the blade failure at L 0 stage, 30MW single flow industrial steam turbine which had tripped by high vibration after ten-month commercial operation. A fracture was found at the only one damping wire hole of 59 blades, and crack was detected at three damping wire holes by NDT. According to the analysis result for the crack fracture surface and the chain of the sequential operational events, we come to the conclusion that a typical high cycle fatigue is the most dominant factor caused to the blade failure, the resonance frequency margin was narrowed by the cut damping wire and the high cycle vibration was amplified, and then the blade was broken at once by the centrifugal force when the crack reached the critical size.

• 한국전산구조공학회논문집
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• 제24권3호
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• pp.337-342
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• 2011

매우 큰 편심하중을 지지하면서 상하로 수직위치를 제어하는 의료용 리프트 칼럼은 수직위치의 정확도를 확보하기 위해 매우 낮은 구조적 변형과 진동은 물론 높은 피로강도가 요구된다. 리프트 칼럼은 일반적으로 3단 슬라이딩 붐구조로 유도전동기로 작동되며, 상하운동에 따라 변동응력을 나타낸다. 본 연구에서는 리프트 칼럼의 상하운동으로 야기되는 변동응력에 따른 피로강도를 수치해석적으로 예측하였다. 한 주기 상하운동에 따른 응력변동은 유한요소해석으로 구하였으며, 피로수명은 Palmgren-miner기법과 재료의 S-N선도를 적용하여 예측하였다. 수치해석의 신뢰성을 확보하기 위하여 리프트 칼럼의 상세형상과 체결부위을 반영한 3차원 FEM모델을 생성하였으며, 칼럼과 패드사이 계면은 접촉조건으로 처리하였다.

• 한국공작기계학회논문집
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• 제14권2호
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• pp.75-82
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• 2005

Recently the needs of high reliable substances of high strength and high ductility are gradually increased with the development of aerospace industry. The characteristics of maraging steel has high ductililty, formability, corrosion resistant and high temperature strength and is easy to fabricate, weld and treat with heat, and maintain an invariable size even after heat treatment. e steels are furnished in the solution annealed condition and they achieve full properties through martensitic precipitation aging a relatively simple, low temperature heat treatment. As is true of the heat treating procedures, aging is a time/temperature dependent reaction. Therefore, the objective of this stud)'was consideration of fatigue characteristics according as Nb(niobium) content and time/temperature of heat treatment change. Also the stress analysis, fatigue lift, and stress intensity factor were compared with experiment results and FEA(finite element analysis) result. The maximum ftresses of)( Y, and Z axis direction showed about $2.12\times$10$^{2}$MPa, $4.40\times$10$^{2}$MPa and $1.32\times$10$^{2}$MPa respectively. The fatigue lives showed about $7\%$ lower FEA result than experiment result showing almost invariable error every analyzed cycle. Stress intensity factor of the FEA result was lower about $3.5~ 10\%$ than that of the experiment result showing that the longer fatigue crack ten添 the hi인or error. It considered that the cause for the difference was the modeled crack tip having always the same shape and condition regardless of the crack growth.

• 대한토목학회논문집
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• 제6권3호
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• pp.53-62
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• 1986

소재시험편(素材試驗片)과 맞대기 용접시험편(鎔接試驗片)을 대상(對象)으로 피로시험(疲勞試驗)을 행(行)하여 작용최대응력(作用最大應力)-피로수명(疲勞壽命)(S-N)선도(線圖), 소성변형율(塑性變形率)-하중반복회수(荷重反復回數)(${\varepsilon}_p$-N)선도(線圖), 초기균열발생시(初期龜裂發生時)의 소성변형율(塑性變形率)-피로수명(疲勞壽命)(${\varepsilon}_p-N_c$)선도(線圖) 및 균열성장율(龜裂成長率)-응력확대계수변동범위(應力擴大係數變動範圍)(da/dN-${\Delta}K$)선도(線圖)를 그려서 강구조물(鋼構造物) 용접부(鎔接部)에서의 여러가지 피로거동(疲勞擧動)을 검토(檢討)하였다. 본(本) 연구(硏究)에서 얻어진 결과(結果)를 요약(要約)하면 다음과 같다. 하중반복회수(荷重反復回數) $2{\times}10^6$ cycle에서의 피로강도(疲勞强度)는 용접부(鎔接部)가 소재부(素材部)의 약(約) 60%였으며 강복응력(降伏應力)에 대한 피로강도(疲勞强度)의 비(比)는 소재부(素材部)와 용접부(鎔接部)가 각각(各各) 0.72, 0.65로 나타났다. 용접시험편(鎔接試驗片)의 S-N 선도(線圖)는 피로강도(疲勞强度)의 감소(減少)가 완만(緩慢)한 구간(區間)과 피로강도(疲勞强度)의 감소(減少)가 큰 구간(區間)으로 분류(分類)되어 작용최대응력(作用最大應力)이 작을 수록 피로강도(疲勞强度)의 감소(減少)가 커지는 현상(現象)을 보였다. 두 구간(區間)으로 구분(區分)되지 않은 S-N 선도(線圖)에 의한 피로강도(疲勞强度)에 비(比)해 $2{\times}10^6$ cycle에서의 피로강도(疲勞强度)가 약(約) 83%에 해당(該當)하였다. 이는 낮은 응력(應力)에서 용접부(鎔接部) 내부결함(內部缺陷)의 영향(影響)이 크게 작용(作用)하는 때문이 아닌가 생각된다. 용접시험편(鎔接試驗片)의 경우(境遇) 소재시험편(素材試驗片)에 비(比)해, 또 작용최대응력(作用最大應力)이 클수록 초기균열발생(初期龜裂發生)이 빠르고 균열발생직전(龜裂發生直前)의 소성변형율(塑性變形率)의 증가(增加)가 급격(急激)한 것을 알 수 있었다. 소재시험편(素材試驗片)에서 ${\varepsilon}_p-N_c$ 관계식(關係式)의 상수(常數) ${\alpha}$값이 0.42 로 Manson, Coffin의 연구결과(硏究結果)와 거의 일치(一致)하였고 용접시험편(鎔接試驗片)에서는 이 값이 0.28 로 이들의 연구결과(硏究結果)와 큰 차이(差異)를 나타내었는데, 이는 피로(疲勞)에 의한 용접부(鎔接部) 소성변형(塑性變形)의 급격(急激)한 변화(變化)와 내부결함(內部缺陷)의 영향(影響)이 작용(作用)했기 때문이 아닌가 생각된다. 이와 같은 결과(結果)로 볼 때 기존(旣存)의 강구조물(鋼構造物) 및 향후(向後) 신설(新設)될 강구조물(鋼構造物) 용접부(鎔接部)의 품질(品質) 및 피로(疲勞)에 대한 안전성(安全性)에 적절(適切)한 대책(對策)이 요망(要望)되며, 이 분야(分野)에 관한 더 많은 연구(硏究)가 행(行)해져야 되리라고 사료(思料)된다.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제20권12호
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• pp.390-397
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• 2019

현대 제조 공업이 고효율, 고정밀도와 경제적인 방향으로 발전 하면서 금속을 절단하는 띠톱 기계는 이미 철강, 기계, 자동차, 조선, 석유, 광산, 항공 우주 등 다양한 영역에서 광범위 하게 활용 되고 있다. 하지만 기존의 띠톱 기계들은 경험적으로 설계 되어져 왔으며 따라서 낮은 수명, 톱질 동작 상태에서 낮은 정밀도 및 저효율을 문제와 높은 제조원가 문제를 가지고 있다. 본 논문에서는 띠톱의 역학적 해석을 통해 띠톱 톱대의 설계 파라미터를 개선하는 방법을 제시 하였다. 실제로 빈번하게 사용 되고 있는 띠톱 기계를 모델링 하여 응력 분석, 피로해석을 시행 하였으며 이에 따라 톱대의 상세한 설계 파라미터를 도출 하였다. 그 결과 피로 강도가 피로 요구 사항을 만족 시키고 띠톱 기계의 정밀도와 효율이 크게 향상 되는 것을 확인할 수 있었다.

• 대한기계학회논문집
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• 제12권6호
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• pp.1327-1334
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• 1988

본 연구에서는 회전굽힘응력하에서 비관통노치를 갖는 재료의 피로거동을 분 석하기 위하여 우선 시험편의 반지름에 해당한 심공노치를 갖는 시험편을 준비하고 이 시험편이 고, 중간, 저응력을 받는경우 작용응력의 대소에 의한 표면 및 내부크랙전파 특성과 함께 크랙면형상변화 관계를 검토하였다.

• 대한금속재료학회지
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• 제49권2호
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• pp.112-120
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• 2011

The out-of-phase thermo-mechanical fatigue (OP TMF) in a <001> oriented single crystal nickel-based superalloy CMSX-4 has been studied. OP TMF life was less than a half of low cycle fatigue(LCF) life in spite of a small hysteresis loop area of OP TMF compared to that of LCF. The failure was caused by the initiation of a crack at the oxide-layered surface followed by its planar growth along the <100> ${\gamma}$ channel in both LCF and OP TMF. However, deformation twins appeared near the major crack of OP TMF. The multiple groups of parallel twin plates on {111} planes provided a preferential path for crack propagation, which caused a significant decrease in OP TMF life. Additionally, the analysis on the surface crack morphology revealed that the tensile strain at the minimum temperature of OP TMF was found to accelerate the crack propagation.

• Nuclear Engineering and Technology
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• 제54권5호
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• pp.1588-1596
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• 2022

In the nuclear power plants, stainless steel is widely used for fabrication of various components such as piping and pipe fittings. These piping components are subjected to cyclic loading due to start up and shut down of the nuclear power plants. The application of cyclic loading may lead to initiation of crack at stress raiser locations such as nozzle to piping connection, crown of piping bends etc. of the piping system. Crack initiation can also take place from the flaws which have gone unnoticed during manufacturing. Therefore, prediction of crack initiation life would help in decision making with respect to plant operational life. The primary objective of the present study is to compile various analytical models to predict the crack initiation life of the pipes with notch. Here notch simulates the stress raisers in the piping system. As a part of the study, Coffin-Manson equations have been benchmarked to predict the crack initiation life of pipe with notch. Analytical models proposed by Zheng et al. [1], Singh et al. [2], Yang Dong et al. [25], Masayuki et al. [33] and Liu et al. [3] were compiled to predict the crack initiation life of SA312 Type 304LN stainless steel pipe with notch under fatigue loading. Tensile and low cycle fatigue properties were evaluated for the same lot of SA312 Type 304LN stainless steel as that of pipe test. The predicted crack initiation lives by different models were compared with the experimental results of three pipes under different frequencies and loading conditions. It was observed that the predicted crack initiation life is in very good agreement with experimental results with maximum difference of ±10.0%.

• Structural Engineering and Mechanics
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• 제81권6호
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• pp.715-728
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• 2022

A new type of buckling-restrained braces (BRBs) with a longitudinally profiled steel plate working as the core (LPBRB) is proposed and experimentally investigated. Different from conventional BRBs with a constant thickness core, both stiffness and strength of the longitudinally profiled steel core along its longitudinal direction can change through itself variable thickness, thus the construction of LPBRB saves material and reduces the processing cost. Four full-scale component tests were conducted under quasi-static cyclic loading to evaluate the seismic performance of LPBRB. Three stiffening methods were used to improve the fatigue performance of LPBRBs, which were bolt-assembled T-shaped stiffening ribs, partly-welded stiffening ribs and stiffening segment without rib. The experimental results showed LPBRB specimens displayed stable hysteretic behavior and satisfactory seismic property. There was no instability or rupture until the axial ductility ratio achieved 11.0. Failure modes included the out-of-plane buckling of the stiffening part outside the restraining member and core plate fatigue fracture around the longitudinally profiled segment. The effect of the stiffening methods on the fatigue performance is discussed. The critical buckling load of longitudinally profiled segment is derived using Euler theory. The local bulging behavior of the outer steel tube is analyzed with an equivalent beam model. The design recommendations for LPBRB are presented finally.