To assess the validity of the previously computed finite element analysis results, the photoelastic experiment was carried out to determine stress intensity factors for crack originating from thin section of integrally stiffened plates having discontinuous thickness interface. The stress intensity factors were deter- mined by using linear slope method of photoelastic data. Results are presented as variable thickness geometry factor. $F_{IV}$ , for various crack lengths and thickness ratios. The experimental values of F/ sub IV/are compared with 3-D finite element analysis results. The correlation between experimental values and analysis results is resonably good.
광탄성법은 투명한 물체에 힘을 가하면 복굴절 현상이 나타나며, 편광기에 의해 등색 및 등경프린지가 나타난다. 등색프린지를 이용하여 주응력차이 또는 평면상 전단응력을 계산할 수 있으며, 등경프린지에 의해 주응력 방향을 결정할 수 있다. 재래식 광탄성법에서는 특정한 위치에서 프린지를 개별적으로 측정해야 되는 불편한 점이 있어, 디지털 영상처리에 의해 광탄성 프린지로부터 전체적인 응력장을 해석할 수 있도록 프린지이동에 의한 위상이동법이 개발되었다. 프린지 위상이동법은 원형편광기에서 검광자를 $0^{\circ}$, $45^{\circ}$, $90^{\circ}$ 및 $135^{\circ}$회전시켜 프린지가 이동된 4개의 영상을 얻고, 이들로부터 위상차이로 나타나는 프린지분포를 측정한다. 본 연구에서는 프린지 위상이동법에 관한 광학적인 이론을 이용하여 압축하중을 받는 원형디스크의 프린지분포를 위상이동법으로 측정한 후 이론 값과 비교하였다. 또한, 인장하중을 받는 에지균열판의 응력분포 해석에 프린지 위상이동법을 적용하였다. 실험결과, 프린지 위상이동법으로 측정한 결과는 유한요소 해석 결과와 잘 일치하였다. 광탄성에서 위상이동법은 등경선과 평행하거나 직교하는 선상에서 응력 분포를 용이하게 측정할 수 있으나, 일반적인 프린지 해석시 프린지 위상이동법을 적용하면 오차가 포함될 수 있다.
사출성형품은 성형 중 온도변화와 전단응력에 의해 잔류응력이 형성된다. 이 잔류응력으로 인해 짧게는 하루 이내에 길게는 수 년 이상 시간이 흐른 뒤 변형과 뒤틀림 등이 발생될 수 있다. 따라서 잔류응력 최소화를 위한 사출성형조건 및 사출성형품의 열처리가 요구된다. 본 논문에서는 투명한 사출성형품을 어닐링 조건 즉, 상대습도와 온도, 그리고 어닐링 시간을 변화시켜가며 각 어닐링 조건이 잔류응력 해소에 미치는 영향을 조사하였다. 상대습도가 작을 경우 잔류응력의 해소가 매우 적었으나 상대습도 50% 이상에서는 그 영향이 크게 작용하였다. 또한 유리전이온도 부근에서 어닐링 시 매우 빠른 잔류응력 해소를 보였으며 이는 광탄성 장치를 통하여 관찰할 수 있었다. 상대 습도보다는 어닐링 온도가 잔류응력 해소에 더 큰 영향을 미치고 있음을 확인할 수 있다. 시편에서 잔류응력이 해소되면서 시편에서 수지의 흐름방향으로는 수축이, 흐름의 직각방향으로는 팽창이 발생하여 변형이 일어나는 것이 관찰되었다. 어닐링 시 제품의 변형을 최소화 하기 위해서는 지그나 고정구로 시편을 구속한 환경에서 어닐링이 필요할 것으로 판단되었다.
Electrical resistance strain gauges, brittle-coatings, Moir'e fringe analysis, photoelasticity methods, etc, have been employed in the study of stress analysis and three-dimensional photoelasticity method used in this experiment. The author fabricated a total of 24 samples of maxillary and mandibular edentulous ridges with normal and sharp shapes using epoxy resin, one of the photoelastic materials. In addition, complete denture made from artificial resin teeth in other twoo sizes, large and medium size, were affixed to the specimens and attached to an articulator. The following results were attained by cutting 9 slice specimens into 6mm thick portions, in accordance with the three dimensional photoelastic stress freezing method, to analyze stress distribution status under specific static loading in the central, lateral and protrusive occlusions of the shape of edentulous ridge. 1. In the case of central occlusion, when complete resin artificial teeth in large and medium sizes were used on normal and sharp alveolar ridges, high stress distribution was broadly shown in the labio-buccal sides, and low and concentrated in the lingual sides, in all cases. Generally, the highest stresses were shown at the top of the alveolus, or at 2mm below the top of the alveolus, particularly in the specimen 2, 3, and stresses were more or less the same in the symmetrical right and left sides. 2. In the case of lateral occlusion, when the same load was applied, high stresses were shown broadly at the working sides in both the labio-buccal and lingual sides, and low and concentrated at the balanced sides. The highest stresses were shown in the top of the alveolus on the working sides in specimen 2 portion, and the lowest stresses at the balanced sides in specimen 6, slightly higher stresses were shown at retromolar parts in the balanced sides. 3. In the case of protrusive occlusion, high stresses were broadly shown at the labio-buccal sides, and slightly higher stresses at the top 2, 4, and 6mm parts of the alveolus with concentration. The highest stresses were shown in specimen No. 5 and the lowes stresses in specimen 1, 9 and stresses were more of less the same at the symmetrical right and left sides.
In this study, we measured the thermally and chemically induced residual stresses on glaze using the photoelastic method. Porcelain with thermally induced residual stress showed compressive stress of 49 MPa for thermal expansion mismatch and a locally fluctuated stress field over the glaze layer due to compensation of compressive stresses around pores. In the case of chemically strengthened porcelain, the compressive stress on the glaze was 151 MPa which was around 3 times higher than the stress on thermally strengthened glaze. The trend of fracture strength of thermally and chemically strengthened porcelains was coincident with that of the residual stress of porcelains.
An experimental test is presented for photoelastic stress analysis around a crack tip in tensile loaded plate. The hybrid method coupling photoelastsic fringe inputs calculated by finite element method and complex variable formulations involving conformal mappings and analytical continuity is used to calculate full-field stress around the crack tip in uniaxially loaded, finite width tensile plate. In order to accurately compare calculated fringes with experimental ones, both actual and regenerated photoelastic fringe patterns are two times multiplied and sharpened by digital image processing. Regenerated fringes by hybrid method are quite comparable to actual fringes. The experimental results indicate that Mode I stress intensity factor analyzed by the hybrid method are accurate within three percent compared with ones obtained by empirical equation and finite element analysis.
The disk/blade assembly of a turbine engine is made in the shape of a dovetail type or a fir-tree type. Since disk fillet regions or contact surfaces undergo high stress comcentration, fatigue cracks frequentrly occur in the disk/blade assembly. Therefore, it is necessary to analyze the stress distributions in the fir-tree type disk/balde assembly and predict the region of fatigue failure. The stress distributions of the disk/blade assembly were investigated by using the photoelastic method and the finite element method. Two dimensional photoelastic techniques were used to investigate the stress distributions of contact surfaces and fillet regions. TH stress distributions were obtained by the shear-difference method and were compared to the finite element results. It was found that maximum tensile stresses were higher in the fillet region thatn in the contact surfaces of the fir-tree models. The finite element results showed good agreement with the experimental results.
An experimental study is presented for the effect of number of terms of a pewee series type stress function on stress analysis around a hole in tensile loaded plate. The hybrid method coupling photoelastsic data inputs and complex variable formulations involving conformal mappings and analytical continuity is used to calculate tangential stress on the boundary of the hole in uniaxially loaded, finite width tensile plate. In order to measure isochromatic data accurately, actual photoelastic fringe patterns are two times multiplied and sharpened by digital image processing. For qualitative comparison, actual fringes are compared with calculated ones. For quantitative comparison, percentage errors and standard deviations with respect to percentage errors are caculated for all measured points by changing the number of terms of stress function. The experimental results indicate that stress concentration factors analyzed by the hybrid method are accurate within three percent compared with ones obtained by theoretical and finite element analysis.
Due to the complexity of the engineering problems, it is difficult to obtain directly the stress field around the crack tip by theoretical derivation. In the paper, the hybrid method is employed to calculate full-field stress around the crack tip in uni-axially leaded finite width tensile plate, using the displacement data of given points calculated by finite element method as input data. The method uses complex variable formulations involving conformal mappings and analytical continuity. In order to accurately compare calculated fringes with experimental ones, both actual and reconstructed photoelastic fringe patterns are two times multiplied and sharpened by digital image processing. Reconstructed fringes by hybrid method are quite comparable to actual fringes. The experimental results indicate that Mode I stress intensity factor analyzed by the hybrid method are accurate within a few percent compared with ones obtained by empirical equation and finite element analysis.
고분자 가공에서 가장널리 사용되고 있는 사출공정은 비등온의 싸이클 공정이므로 사출조건에 따라 성형품은 다양한 형태의 열이력과 변형이력을 받게 되고 그 결과 최종성형 품의 기계적 물성이 현저히 달라지게 된다. 그러므로 우수한 물성을 갖는 성형품을 얻기위 해서는 열이력과 변형이력에 연관되어 나타나는 미세구조의 변화와 잔류응력을 최소화할수 있는 최적 성형조건의 선정이 대단히 중요하게 된다. 본 연구에서는 수치모사실험을 기초로 설정한 성형조건의 범위에서 다양한 사출성형실험을 수행하여 얻은 시편을 대상으로 미세구 조의 변화와 잔류응력에 미치는 성형조건의 영향을 조사함으로써 최적성형조건을 선정하기 위한 방안을 찾고자 하였다. 편광현미경을 사용하여 관찰한 결정성 고분자수지 시편의 내부 구조는 전형적인 skin-core 구조를 보일뿐만아니라 충전속도, 사출온도, 금형온도, 및 gate로 부터의 위치 변화에 따라 미세구조가 현저히 변함을 알수 있었으며 광탄성법과 layer removal method를 이용하여 조사한 무정형 고분지수 시편의 잔류응력은 금형온도와 사출압 에 가장 영향을 많이 받으며 두께 방향으로 parabola한 분포를 가짐을 알수 있었다. 이상의 결과로부터 사출조건의 변화에 따라 잔류응력과 내부구조가 현저히 변하게 되며 이는 성형 품의 물성에 직접적인 영향을 미치고 있음을 알수 있었다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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