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미세균열의 응력확대계수에 대한 고찰

전문가 제언: ○ 구조물이 주기적인 정상하중보다 높은 하중을 받게 되면 균열성장속도나 균열의 형상에 변화가 생긴다. 특히 용접열영향부와 용접금속 등의 불균질 이음부로 구성되는 용접구조물의 경우에는 피로균열의 전파거동을 정밀하게 분석하여 구조물의 신뢰성을 확보하는 것이 필수적이다.

○ 피로균열의 전파지연과 가속현상의 주요 인자는 균열선단의 응력장과 미시적 변화를 들 수 있다. 그러므로 재료 내에서 균열의 성장거동을 파악하기 위해서는 응력확대계수를 정밀하게 평가하는 것이 필요하다.

○ 다결정체의 결정립계 또는 바이메탈의 계면에서의 파괴거동은 계면에 대한 균열의 방향에 의존하며, 균열이 결정립에 의해 균열 선단 뒤에서 브리징이 되면 균열 선단부의 응력확대계수는 감소하게 된다. 따라서 다결정체의 균열전파거동을 파악하기 위해서는 열전파 경로의 예측, 미세조직의 영향, 균열전파에 영향을 미치는 요소간의 반응 등을 충분히 고려해야 한다.

○ 2차원 킹크균열의 응력확대계수는 킹크의 수효 또는 균열의 전반적인 형상과 관계없이 균열의 성장과 전파과정에서 형성되는 균열선단부의 휨각도의 크기에 많은 영향을 받는다.

○ 응력확대계수를 계산하는 경우, 통상적인 파괴와 피로시험 외에 Moire 계면, 정합경사검출, 디지털 영상 관계 등을 사용하는 응력과 변형 측정법을 사용하여 부가적인 정보를 얻을 수 있다.

○ 용접부에 존재하는 잔류응력의 분포는 용접부 파괴거동의 이방성에 기여를 하며 기존의 결함으로부터 균열이 확장하는 초기 단계에서 잔류응력은 균열 선단 부근의 응력장을 변경시켜 균열의 전파 거동에 영향을 준다. 따라서 잔류응력의 인장성분과 압축성분이 균열성장에 미치는 영향을 정밀하게 분석할 필요가 있다.

저자: Masayuki KAMAYA, Takayuki KITAMURA
자료유형: 학술정보