Choi, In Young;Kang, Young June;Hong, Kyung Min;Kim, Seong Jong;Lee, Gil Dong
Journal of the Optical Society of Korea
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제18권5호
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pp.523-530
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2014
Machine material and structural strain are critical factors for appraising mechanical properties and safety. Particularly in three and four-point bending tests, which appraise the deflection and flexural strain of an object due to external force, measurements are made by the crosshead movement or deflection meter of a universal testing machine. The Digital Image Correlation (DIC) method is one of the non-contact measurement methods. It uses the image analyzing method that compares the reference image with the deformed image for measuring the displacement and strain of the objects caused by external force. Accordingly, the advantage of this method is that the object's surface roughness, shape, and temperature have little influence. However, its disadvantage is that it requires extensive time to compare the reference image with the deformed image for measuring the displacement and strain. In this study, an algorithm is developed for DIC that can improve the speed of image analysis for measuring the deflection and strain of an object caused by a three-point bending load. To implement this algorithm for improving the speed of image analysis, LabVIEW 2010 was used. Furthermore, to evaluate the accuracy of the developed fast correlation algorithm, the deflection of an aluminum specimen under a three-point bending load was measured by using the universal test machine and DIC measurement system.
3점 굽힘 시험편, 중앙균열 인장 시험편, 콤팩트 인장 시험편에 대한 J적분식을 하나의 일반화된 형태로 유도한다. 이 일반식은 Eftis와 Liebowitz에 의해 제안된 하중과 하중점 변위 사이의 관계와 Sumpter에 의한 탄성과 소성성분 J적분의 중첩개념을 이용함으로써 유도된다. 일반식에 포함된 .eta.계수를 위 3가지 시험편에 대해서 결정한다. 위 3가지 시험편에 대한 J적분의 최종식은 하중과 하중점 변위곡선 아래의 면적을 측정하지 않아도 되는 형태로 나타난다. 본 연구의 결과식은 Landes등에 의한 실험치와 비교하여 매우 잘 일치함을 보인다.
The stochastic nature of the tensile strength of concrete is investigated theoretically and experimentally. The tensile strength of concrete was modeled by a theory based on the failure probability of a crack arbitrarily oriented within a concrete body. According to this model, the stochastic nature of the tensile strength depend on the current stress state. This aspect was checked experimentally using a classical three point bend specimen and a rectangular plate specimen loaded at the center. It has been known that the biaxial strength is no different from the uniaxial strength. However, if the region where the tensile strength is constant gets small, the biaxial tensile strength increases and its stochastical variation decreases.
혼합모드 피로하중을 받는 균열을 갖은 CTS 시편에 대하여 균열경로 예측이론과 Tanaka 의 등가 응력확대계수식을 적용하여 피로균열진전거동을 평가하였다. 새롭게 생성되는 균열선단의 응력확대계수 산정은 ANSYS 를 이용한 유한요소법을 통해 이루어졌고, 균열경로와 균열증분은 마이크로소프트 엑셀에 프로그래밍한 균열경로예측식과 Paris 식으로 계산되었다. 균열증분으로 새롭게 생성된 균열선단의 기하학적인 정보는 엑셀의 기능을 이용해 ANSYS 의 KSCON 명령어가 인식할 수 있게 변화시켜 균열모델링을 용이하게 하였다. 반복적인 균열해석을 위해 유한요소법과 엑셀을 결합한 FECTUM(Finite Element Crack Tip Updating Method)을 개발하였다. 개발된 FECTUM 을 편측 3 점 굽힘을 통해 혼합모드의 구현이 가능한 SENB 시편(Single Edge Notched Bend Specimen)에 적용해본 결과, 균열경로는 물론 파단될 때까지의 피로하중 반복수의 차이가 3% 미만으로 잘 일치하는 모습을 보여, 개발된 기법의 타당성을 검증하였다.
콘크리트 시험편에 대한 삼점휨실험을 실시하여 여러 실험에 대해 측정된 반응의 평균값을 계산하곤 계산된 평균거동으로부터 삼점휨 시험편이 완전히 파손될 때까지 연속적으로 성장하는 균열에 대한 파괴거동이 분석되었다. 이 연구에서 사용된 실험변수는 25.4mm와 6.4mm의 초기균열길이 그리고 2000sec와 20sec의 실험기간이며, 초기균열길이는 파괴진행대(FPZ) 크기의 영향과 시험편의 기하학적 특성 및 경계조건에 대한 영향을 분석하기 위한 것이다. 실험기간은 초기 크리프(creep)의 영향을 위해 설정되었으나, 이 연구의 하중점-변위 속도에서는 심각한 영향이 관측되지 않았다. 여러 실험의 평균 외부일로부터 평균하중이 계산되었으며, 변형률 게이지를 사용하여 평균 균열길이를 측정하였다. 최대하중 이전의 저항곡선은 파괴진행대의 크기에 대해 유사한 값을 보였다. 그러나 최대하중 직후에는 초기균열의 크기에 관계없이 0.088~0.154mm의 하중점-변위에서 88mm의 불안정 균열성장이 발생되었으며, 평균 파괴에너지율 $G_{F}$$^{ave}$ = 115N/m은 이 불안정 균열성장 동안에 발생되었다. 균열길이 111mm에서 완전한 파괴진행대가 형성되었고, 25.4mm와 6.4mm의 초기균열길이에 대해 파괴진행대의 크기는 각각 86mm와 105mm이었다. 완전한 파괴진행대의 형성이후 저항곡선의 평균 파괴에너지율은 25.4mm와 6.4mm의 초기균열길이에 대해 각각 229N/m로 284N/m로 $G_{F}$$^{ave}$의 두 배 이상이었다.이었다.이었다.
본 연구는 디스크로 콘크리트의 파괴인성을 구하는 경우에, 적절한 디스크의 크기(직경, 두께) 및 노치 길이 비를 제안하기 위해서 다양한 크기의 디스크와 RILEM 3점 휨 보의 파괴인성을 비교하였다. 또한 이렇게 정해진 디스크에 대하여 디스크의 노치 경사를 변화시키는 방법으로 혼합모드 응력확대계수를 조사하였다. 실험에 사용된 콘크리트의 압축강도는 44.9MPa이었으며 모드 I 시험에 사용된 디스크의 직경은 200, 300, 400mm 두께는 75, 100, 125mm, 노치 길이 비 a/R은 0.3, 0.4, 0.5, 0.6이고 혼합모드 시험에 사용된 치수는 직경이 300mm, 두께는100mm 노치 길이 비 a/R은 0.3, 0.4, 0.5, 0.6이었다. 디스크의 응력확대계수는 유한요소해석(FEA), 5개항 근사법, 소균열 근사법, Fowell & Xu의 방법으로 구하고 각각의 결과를 서로 비교하여 해석방법의 타당성을 조사하였다. 모드 I 실험 결과 디스크의 직경 D가 300mm이고 두께 t가 100mm일 때의 파괴인성 $K_{IC}$ 값이 RILEM 3점 휨 시험의 결과에 가장 근접하여 디스크 시험으로 파괴인성치를 쉽게 구할 수 있음을 알 수 있었다. 또한 디스크 시편은 혼합모드 파괴의 연구 및 시험에 유용함을 알 수 있었다.
파괴인성은 균열의 개시와 전파에 대한 재료 고유의 상수로서 파괴역학에서 가장 중요한 재료상수 중의 하나이다. 콘크리트의 모드 I 파괴인성 측정에 대하여 RILEM 기술 위원회 89-FMT는 2-파라메타 모델에 근거한 3점 휨 시험법을 제시하였다. 그러나 혼합모드에 대한 시험법은 아직까지 표준으로 제안된 방법이 없는 실정이며, 또한 RILEM에서 제안한 3점 휨 시험법은 실험법이 복잡하다. 따라서 본 연구에서는 굵은골재의 최대치수가 각각 20mm, 40mm이고, 동일한 설계기준강도를 가지는 콘크리트로써 다양한 크기의 브라질리언 디스크를 제작하였다. 그리고 브라질리언 디스크의 모드 I 파괴인성을 RILEM 3점 휨 시험결과와 비교하였다. 비교 결과, 굵은골재의 최대치수에 따른 브라질리언 디스크의 적정 크기(두께, 직경) 및 노치 길이 비를 제시하였다. 또한 모드 I 시험으로부터 결정된 치수의 브라질리언 디스크로 혼합모드 시험을 수행한 결과 디스크 시편은 혼합모드 파괴의 연구 및 시험에 유용함을 알 수 있었다. 모드 I 및 혼합모드 시험에서 브라질리언 디스크의 응력확대계수는 유한요소해석(FEA)으로 구하였으며 FEA의 결과를 검증하기 위하여 5개항 근사법(Five terms approximation)에 의한 결과와 비교하였다.
The flexural strength from 3-point bend test and fatigue properties were measured to evaluate mechanical properties of metal/ceramic interface of the multilayer ceramic package produced through tape casting. From the results, the specimens with three electrode layers showed the highest strength. The temperature distribution with time during thermal cycle and thermal stresses with the change of electrode's shape have been estimated by mathematical modelling. Specimen affected by thermal shock, produced microcracks by the difference of thermal expansion coefficient. The results of tensile test and fatigue test showed the rupture at pin. The fact that the pin brazed specimens were always fractured at the pin proved the good bonding condition between pin and electrode.
모드 I 응력확대계수를 결정하기 위한 스트레인게이지법이 연구되었다. CT 시험편과 3점 굽힘 시험편이 사용되었다. 시험편의 예리한 노치부는 와이어 방전 가공에 의하여 제작되었다. 균열 선단 영역으로부터 얻은 스트레인게이지 신호는 응력확대계수를 계산하는데 사용되었다. 시험 결과는 ASTM E399에 의하여 얻어진 결과 및 유한요소해석 결과와 비교하였다. 시험 결과들과 유한요소해석 결과는 잘 일치하였다. 이 방법을 적용할 때 스트레인게이지 부착 위치는 신중히 고려되어야 한다.
Byun, Thak-Sang;Bong Sang lee;Yoon, Ji-Hyun;Kuk, Il-Hiun;Hong, Jun-Hwa
한국원자력학회:학술대회논문집
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한국원자력학회 1998년도 춘계학술발표회논문집(2)
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pp.336-343
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1998
An iteration method has been developed for determining crack growth and fracture resistance cure (J-R curve) from the load versus load-line displacement record only. In this method, the hardening curve, the load versus displacement curve at a given crack length, is assumed to be a power-law function, where the exponent varies with the crack length. The exponent is determined by an iterative calculation method with the assumption that the exponent varies linearly with the load-line displacement. The proposed method was applied to the static J-R tests using compact tension(CT) specimens, a three-point bend (TPB) specimen, and a cracked round bar (CRB) specimen as well as it was applied to the quasi-dynamic J-R tests using CT specimens. The J-R curves determined by the proposed method were compared with those obtained by the conventional testing methodologies. The results showed that the J-R curves could be determined directly by the proposed iteration method with sufficient accuracy in the specimens from SA508, SA533, and SA516 pressure vessel steels and SA312 Type 347 stainless steel.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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