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Taylor 봉 충격시험을 통한 고 변형률속도하 금속재료의 동적변형거동 평가
배경오(Kyung Oh Bae),신형섭(Hyung Seop Shin) 대한기계학회 2016 大韓機械學會論文集A Vol.40 No.9
최근 기계 시스템의 고속화가 진행됨에 따라 구조물 및 기계부품의 신뢰성 및 안전성 확보 측면에서, 충격하중하에서 구조용 재료의 동적변형거동에 대한 평가가 필요하다. 그러나 10<SUP>4</SUP> s<SUP>-1</SUP>를 넘는 고 변형률속도에서 실험적 기법을 사용한 구조용 재료의 변형거동의 파악은 용이하지 않은 실정이다. 본 연구에서는, 고 변형률속도역에서 금속재료의 동적변형거동을 조사하기 위해 Taylor 봉 충격시험을 실시하였다. 또한 고속영상촬영 시스템을 사용하여 Taylor 봉 충격시험 동안 변형거동을 관찰하였다. Taylor 봉 충격시, 경과시간에 따른 변형과정을 AUTODYN 상용 S/W를 사용한 수치해석을 수행하여 실험결과와 비교하여 고 변형률속도역에서 거동을 평가하였다. To ensure the reliability and safety of various mechanical systems in accordance with their high-speed usage, it is necessary to evaluate the dynamic deformation behavior of structural materials under impact load. However, it is not easy to understand the dynamic deformation behavior of the structural materials using experimental methods in the high strain-rate range exceeding 10<SUP>4</SUP> s<SUP>-1</SUP>. In this study, the Taylor bar impact test was conducted to investigate the dynamic deformation behavior of metallic materials in the high strain-rate region, using a high-speed photography system. Numerical analysis of the Taylor bar impact test was performed using AUTODYN S/W. The results of the analysis were compared with the experimental results, and the material behavior in the high strain-rate region was discussed.
배경오(Kyung Oh Bae),신형섭(Hyung Seop Shin) 대한기계학회 2017 大韓機械學會論文集A Vol.41 No.12
에너지용 구조물의 안전성 및 신뢰성 확보 측면에서 구조재료의 저온 및 충격하중하 특성을 고려한 설계가 필요하게 되었다. 특히, LNG 탱크와 같이 대형 구조물 설계를 위해서는 실제 환경하에서 재료의 기계적 특성을 파악하는 것이 중요하다. 이들 에너지용 구조재료의 충격하중하 변형 및 파괴거동은 중간 변형률속도 범위에 해당하는 것으로 알려져 있다. 따라서 본 연구에서는 낙추식 충격시험 장치를 사용하여, 중간 변형률속도역에서 3종류의 에너지용 강재에 대하여 극저온 충격 인장시험을 실시하였다. 각 강재에 대한 동적변형 및 파괴거동을 조사하고, 상온 및 준정적시험 결과와 비교 검토하였다. It is essential to characterize the material behaviors under low temperatures and impact loading for securing the safety and reliability of the structures for energy applications. In particular, for the design of large structures such as LNG tanks, it is important to understand the mechanical properties of the materials under actual application environments. The deformation and fracture behaviors of structural materials for energy applications under impact load are already known to be equivalent to those in intermediate strain-rate ranges. Therefore, in this study, impact tensile test was carried out in the intermediate strain-rate range using the constructed impact test apparatus, at a cryogenic temperature for three kinds of steels for energy applications. The dynamic deformation and fracture behaviors of these steels were investigated and discussed by comparison with the results under room temperature and quasi-static conditions.
중간 변형률속도용 낙추식 충격 인장시험 장치의 신뢰성 확보 및 탄소강의 동적변형거동 평가
배경오(Kyung Oh Bae),김대웅(Dae Woong Kim),신형섭(Hyung Seop Shin),박이주(Lee Ju Park),김형원(Hyung Won Kim) 대한기계학회 2016 大韓機械學會論文集A Vol.40 No.6
충격하중을 받는 재료의 변형거동에 관한 연구는 공학 및 산업의 다양한 분야에서 관심 받고 있으며, 이들 기계/구조물 부재의 변형 및 파괴거동의 다수는 중간 변형률속도 영역에 해당하는 것으로 알려져 있다. 따라서 이러한 변형률속도역에서 동적변형거동을 고려하는 것이 설계의 필수조건이 되었다. 이들 영역은 준정적과 SHPB 시험장치를 이용하는 고 변형률속도의 중간 영역에 위치하고 있어서, 종래의 적당한 시험장치를 이용하여 중 변형률속도를 얻는 것이 용이하지 않았다. 따라서 중간 변형률속도역에서 재료의 변형 및 파괴거동에 관한 유용한 데이터의 보고는 제한적이다. 본 연구에서는 이러한 문제를 해결하기 위해, 구축한 낙추식 충격 인장시험 장치의 신뢰성을 확보하였고, 이를 사용하여 탄소강의 중 변형률속도역에서 동적거동을 평가하였다. Studies on the deformation behavior of materials subjected to impact loads have been carried out in various fields of engineering and industry. The deformation and fracture of members for these machines/structures are known to correspond to the intermediate strain-rate region. Therefore, for the structural design, it is necessary to consider the dynamic deformation behavior in these intermediate strain-rate ranges. However, there have been few reports with useful data about the deformation and fracture behavior at intermediate strain-rate ranges. Because the intermediate strain-rate region is located between quasi-static and high strain-rate regions, it is difficult to obtain the intermediate strain-rate using conventional reasonable test equipment. To solve this problem, in this study, the measurement reliability of the constructed drop-bar impact tensile test apparatus was established and the dynamic behavior at the intermediate strain-rate range of carbon steels was evaluated by utilizing the apparatus.
압력용기용 강의 가스수소 취화 거동에 미치는 펀치속도의 영향
배경오(Kyung-Oh Bae),신형섭(Hyung-Seop Shin),백운봉(Un-Bong Baek),남승훈(Seung-Hoon Nahm),박종서(Jong-Seo Park),이해무(Hae-Moo Lee) 대한기계학회 2013 大韓機械學會論文集A Vol.37 No.12
수소를 친환경적 에너지원으로 사용하는 경우, 수소 압력용기용 강재의 수소취화 평가 및 안전성에 대한 신뢰성이 확보되어야 한다. 본 연구에서는, in-situ SP 시험법을 적용하여 수소 저장용기로 사용이 검토되고 있는 SA372 강재의 가스 수소취화 거동을 평가하였다. 표면가공 조건을 달리한 시험편을 사용하여 대기압, 고압 수소가스 압력하에서 펀치속도를 달리한 SP 시험을 통해 가스수소취화 거동을 조사하였다. 그 결과, SA372 강은 가스수소 압력하에서 현저한 수소취화 거동을 나타내었다. 이때 펀치속도에 따른 영향도 명확하게 나타나, 펀치속도가 낮을수록 현저한 수소취화를 나타내 낮은 SP 에너지 값을 나타내었다. 또한 SP 시험 후 파면양상 관찰결과도 펀치속도에 따른 수소취화 거동을 명확하게 나타내었다. 본 가압수소 시험조건에서는 시험편 표면조건의 영향은 명확하게 볼 수 없었다. When using hydrogen gas as an ecofriendly energy sources, it is necessary to conduct a safety assessment and ensure thereliability of the hydrogen pressure vessel against hydrogen embrittlement expected in the steel materials. In this study, by applying the in-situ SP test method, the gas hydrogen embrittlement behaviors in SA372 steel, which is commonly used as a pressurized hydrogen gas storage container, were evaluated. To investigate the hydrogen embrittlement behavior, SP tests at different punch velocities were conducted for specimens with differently fabricated surfaces at atmospheric pressure and under high-pressure hydrogen gas conditions. As a result, the SA372 steel showed significant hydrogen embrittlement under pressurized hydrogen gas conditions. The effect of punch velocity on the hydrogen embrittlement appeared clearly; the lower punch velocity case indicated significant hydrogen embrittlement resulting in lower SP energy. The fractographic morphologies observed after SP test also revealed the hydrogen embrittlement behavior corresponding to the punch velocity adopted. Under this pressurized gas hydrogen test condition, the influence of specimen surface condition on the extent of hydrogen embrittlement could not be determined clearly.