인장시험과 유한요소해석으로 구한 파단 진변형률을 이용한 진응력-진변형률 선도 획득

이경윤(Kyoungyoon Lee),김태형(Taehyung Kim),이형일(Hyungyil Lee) 대한기계학회 2009 大韓機械學會論文集A Vol.33 No.10

본 연구에서는 인장시험 및 유한요소해석으로 재료의 파단 진변형률을 구하고, 궁극적으로 재료의 진응력-진변형률을 얻는 방법을 제안했다. 먼저 인장시험으로 얻은 응력-변형률 선도를 네킹점에서 선형외삽해, 초기 진응력-진변형률 곡선을 설정하고, 이를 유한요소해석에 채택했다. 유한요소해석 후 Bridgman 계수 및 평판 수정계수들을 사용해, 단축상태의 하중-진변형률 선도를 얻어 파단진변형률을 실험-해석적으로 구했다. 이 예측 파단진변형률의 실험치 대비 오차는 3% 미만이다. 이렇게 구한 파단 진변형률과 이에 상응하는 파단진응력을 구해 파단점을 결정한다. 이어 네킹점과 결정한 파단점을 연결하는 네킹 후 진응력-진변형률 선형선도를 확보하고, 이를 네킹 전의 실험선도와 결합해 최종적으로 재료의 진응력-진변형률 선도를 완성했다. 본 연구에서 제시한 실험-해석적 진응력-진변형률 곡선 획득 방법은 SS400 평판시편과 같이 파단면적 측정이 어려운 경우, 그 유용함이 배가된다. In this work, we predict a true fracture strain using load-displacement curves from tensile test and finite element analysis (FEA), and suggest a method for acquiring true stress-strain (SS) curves by predicted fracture strain. We first derived the true SS curve up to necking point from load-displacement curve. As the beginning, the posterior necking part of true SS curve is linearly extrapolated with the slope at necking point. The whole SS curve is then adopted for FE simulation of tensile test. The Bridgman factor or suitable plate correction factors are applied to pre and post FEA. In the load-true strain curve from FEA, the true fracture strain is determined as the matching point to test fracture load. The determined true strain is validated by comparing with test fracture strain. Finally, we complete the true SS curve by combining the prior necking part and linear part, the latter of which connects necking and predicted fracture points.

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.

철근의 한계상태변형률 평가를 위한 이미지 프로세싱의 적용

김상도,정치영,우태련,정진환 한국구조물진단유지관리공학회 2016 한국구조물진단유지관리공학회 논문집 Vol.20 No.3

본 연구에서는 철근의 인장시험에서 변형률에 대한 상세 측정을 위하여 이미지 프로세싱을 이용하고, 변형률 분포와 넥킹구간을 평가하였다. 이미지 프로세싱 방법으로는 기존의 회색조영상을 이용한 방법이 아닌 칼라영상의 색상정보를 분석하여, 원하는 타겟과 가장 일 치하는 영역과 그 외의 영역으로 구분하여 이진영상으로 변환하는 방법을 사용하였다. 변환된 이진영상에서 개별 타겟들의 도심점을 산출한 후 각 도심점의 상대변위값을 변형률로 환산하였다. 인장실험은 ASTM A615 기준으로 제작된 grade 60 철근 중 D22와 D29에 대해서 시험을 수행하였다. 이미지 프로세싱을 이용하여 계측된 변형률 결과를 기존 변형률 게이지를 이용하여 계측한 결과와 비교하여, 본 연구에서 사용한 이미지 프로세싱 방법에 대해서 검증하였다. 이미지 프로세싱을 이용하여 초기 탄성구간의 변형률 뿐만 아니라 넥킹구간에서 발생한 0.5 (50%) 이상의 변형률도 계측이 가능한 것을 확인하였다. 본 연구결과 이미지 프로세싱을 통하여 기존 변형률 게이지의 계측한계를 극복가능 하고, 다양한 지점에서 자유롭게 계측할 수 있음을 알 수 있었다. In this study, measurements were conducted by image processing to do an in-depth evaluation of strain of rebar in a uniaxial tension test. The distribution of strain and the necking region were evaluated. The image processing is used to analyze the color information of a colored image, so that the parts consistent with desired targets can be distinguished from the other parts. After this process, the image was converted to a binary one. Centroids of each target region are obtained in the binary images. After repeating such process on the images from starting point to the finishing point of the test, elongation between targets is calculated based on the centroid of each target. The tensile test were conducted on grade 60 #7(D22) and #9(D29) rebars fabricated in accordance with ASTM A615 standards. Strain results from image processing were compared to the results from a conventional strain gauge, in order to see the validity of the image processing. With the image processing, the measuring was possible in not only the initial elastic region but also the necking region of more than 0.5(50%) strain. The image processing can remove the measuring limits as long as the targets can be video recorded. It also can measure strain at various spots because the targets can easily be attached and detached. Thus it is concluded that the image processing helps overcome limits in strain measuring and will be used in various ways.

조적요소의 인장응력-변형률 관계 평가

양근혁,이용제,황용하 대한건축학회 2019 大韓建築學會論文集 : 構造系 Vol.35 No.2

The purpose of this study is to provide and evaluate the tensile properties of masonry element such as tensile strength, strain, modulus of elasticity and stress-strain relationship through the direct tension test with varies of mortar strength. From the experiment, the tension fracture was observed along the interfaces between the brick and the mortar. Tension properties of masonry element was significantly affected by compressive strength of mortar, , indicating that higher tensile strength and modulus of elasticity of masonry element were obtained with increase of . The strain of a masonry element was inversely proportional to due to the lower ductility of a higher mortar strength. A tensile stress-strain relationship of masonry element was generalized based on the numerical analysis and the regression analysis using test data. The proposed model shows fairly good agreement with the test measurements. 본 연구의 목적은 모르타르 강도를 변수로한 직접인장실험을 통해 조적요소의 인장강도, 변형률, 탄성계수 그리고 응력-변형률 관계와 같은 인장특성을 제공하고 평가하는데 있다. 실험으로 부터 벽돌과 모르타르 접촉면을 따라 인장파괴가 발생함을 관찰하였다. 조적요소의 인장특성은 모르타르 강도의 영향을 받았다. 즉, 모르타르 강도가 증가하면 인장강도와 인장탄성계수가 증가한 반면,변형률은 모르타르 강도에 반비례하였다. 수치해석 및 실험 데이터의 회귀분석을 통해 조적요소의 인장응력-변형률 모델을 제시하였다.

골재의 입도분포 변화에 따른 PE 섬유보강 고연성 시멘트 복합체의 인장성능

이방연,강수태 한국구조물진단유지관리공학회 2020 한국구조물진단유지관리공학회 논문집 Vol.24 No.5

For the purpose of developing a PE fiber-reinforced highly ductile cementitious composite having high tensile strain capacity more than 2% under the condition of containing aggregates with large particle size, this study investigated the tensile behavior of composites according to the particle size and distribution of aggregates in the composite. Compared with the mixture containing silica sand of which particle size is less than 0.6 mm, mixtures containing river sand and/or gravel with the maximum particle size of 2.36mm, 4.75mm, 5.6mm, 6.7mm were considered in the experimental design. The particle size distributions of aggregates were adjusted for the optimized distribution curves obtained from modified A&A model by blending different sizes of aggregates. All the mixtures presented clear strain-hardening behavior in the direct tensile tests. The mixtures with the blended aggregates to meet the optimum curves of aggregate size distributions showed higher tensile strain capacity than the mixture with silica sand. It was also found that the tensile strain capacity was improved as the maximum size of aggregate increased which resulted in wider particle size distribution. The mixtures with the maximum size of 5.6mm and 6.7 mm presented very high tensile strain capacities of 4.83% and 5.89%, respectively. This study demonstrated that it was possible to use coarse aggregates in manufacturing highly ductile fiber-reinforced cementitous composite by adjusting the particle size distribution. 이 연구에서는 입경이 큰 골재를 사용하면서 2% 이상의 인장변형률 성능을 나타내는 고연성 PE 섬유보강 시멘트 복합체 개발을 목적으로 골재의 크기와 입도분포에 따른 고연성 섬유보강 시멘트 복합체의 인장거동 특성을 살펴보고자 하였다. 0.6mm 이하의 입경들로 구성된 규사를 사용한 배합을 기준으로 최대입경 2.36mm, 4.75mm, 5.6mm, 6.7mm의 강모래 및 강자갈을 사용한 배합을 비교하여 성능평가를 실시하였다. 골재의 입도분포는 수정 A&A 모델에 기반한 최적입도분포곡선에 가깝도록 세분화된 입경별 혼합비율을 조절하였다. 직접인장실험을 통해 구한 인장거동은 모든 배합에서 뚜렷한 인장변형률 경화 거동을 보였다. 골재 입경별 혼합비율을 조절하여 입도분포가 최적곡선에 가깝도록 한 경우에는 모든 배합에서 규사를 사용한 경우보다 높은 인장변형률 성능을 나타내었다. 또한 골재의 최대입경이 커서 입도분포가 넓을수록 높은 인장변형률 성능을 보였으며, 최대입경 5.6mm, 6.7mm의 굵은 골재를 포함하는 경우 각각 4.83%와 5.89%의 매우 높은 인장변형률 성능을 나타내었다. 이 연구를 통해 적절한 입도분포 조절을 통해 굵은 골재를 사용하면서도 고연성 섬유보강 시멘트 복합체의 제조가 가능함을 보였다.

TiNi/Al6061 형상기억복합재료의 고온에서의 손상거동에 대한 AE 특성

이진경,박영철,구후택 한국비파괴검사학회 2002 한국비파괴검사학회지 Vol.22 No.1

금속복합재료(MMC) 내부에서의 강화재와 기지재사이의 열팽창계수의 차이에 의해 발생하는 인장잔류응력은 복합재료의 인장강도를 저하시키는 심각한 문제중의 하나이다. 따라서 본 연구에서는 TjNi/Al6061 형상기억복합재료내부의 인장잔류응력의 문제를 해결하기 위하여 강화재로써 TiNi 합금을 사용하였다. TiNi 합금은 형상기억효과를 이용하여 복합재료내부에 압축잔류응력을 발생시킴으로써 인장강도를 증가시키는 역할을 한다. 복합재료내부에 압축잔류응력을 발생시키기 위하여 예변형(pre-strain)을 가하였다. 본 연구에서는 예변형의 변화에 따른 압축잔류응력의 영향을 평가하였으며 AE 기법을 이용하여 고온에서의 복합재료의 미시적 손상거동과 예변형의 영향을 평가하였다. It has been known that tensile residual stresses occurring by the thermal expansion coefficient mismatch between fiber and matrix is a cause of the weak strength of metal matrix composites(MMCs). In order to solve this problem, TiNi alloy fiber was used as a reinforced material in TiNi/Al6061 shape memory alloy composite in this study. TiNi alloy fiber improves the tensile strength of the composite by causing compressive residual stress in matrix on the basis of its shape memory effect. Pre-strain was imposed to generate the compressive residual stresses inside the TiNi/Al6061 shape memory alloy composites. AE technique was used to quantify the microscopic damage behavior of the composite at high temperature. The effect of applied pre-strains on the AE behavior was also evaluated.

변형률 속도 및 수분포화가 암석의 인장강도에 미치는 영향

정우진(Woo-Jin Jung) 한국암반공학회 2010 터널과지하공간 Vol.20 No.2

암석의 인장강도에 미치는 변형률 속도 및 수분포화의 영향을 파악하기 위하여 건조상태 및 포화상태 3종류의 암석에 대해서 여러 가지 변형률 속도에서의 홉킨슨효과를 이용한 인장파괴실험을 실시하였다. 실험결과 건조상태뿐만 아니라 포화상태에서도 변형률 속도가 증가할수록 암석의 인장강도는 증가하였다. 특히, 건조상태에 있어서 암석의 동적인장강도는 암석의 종류와는 상관없이 변형률 속도의 약 1/3승에 비례하는 경향을 나타내었다. 또한, 수분포화의 영향으로 공극률이 높은 사암과 응회암은 건조상태와 비교하여 인장강도가 감소하였으나, 공극률이 0.49%로 낮은 화강암은 건조상태와 포화상태와의 사이에 유의한 차이는 없었다. Hopkinson’s effect tests were carried out for various strain rates on three different types of rock in both saturated and dry states in order to examine the effects of strain rate and water saturation on tensile strength. The tensile strength increased with the increase of the strain rate not only in dry state but also in saturated state. It was also especially recognizable that the dynamic tensile strength of rock in the dry state was proportional to approximately a one-third multiple of strain rate no matter what the type of rock. It was found that water saturation decreased tensile strength in the dry state of sandstone and tuff, both with high porosity, but no significant difference could be recognized between the dry and the saturated states of granite, which has a low porosity of 0.49%.

원형강관 제작시 발생하는 변형을 경험한 강판의 구조적 성능분석

오재열,이세정,정진안,박대곤,양일승 한국복합신소재구조학회 2019 복합신소재구조학회논문집 Vol.10 No.6

For structural steel, experiencing a large deformation above yield strain results in changes in structural performance such as yield strength, extreme strength and ductility. Since these in material properties occur during the fabrication process of the circular tube, it is necessary to identify the effects of deformation on the structural performance. Therefore, in this study, a number of tensile experiments were conducted by collecting test pieces in the direction of longitudinal and transverse of steel tube with parameter of the diameter and the thickness of the circular steel tube. Based on the results of the experiment, it was found that the test piece taken from the circular steel plate had greater yield strength and tensile strength compared to the test piece taken from the coil, and the elongation rate decreased. 일반적인 구조용 강재의 경우 항복변형률의 이상의 변형을 경험한 이후에 하중을 제거하면 재가력되는 시점에 따라서 재료의 항복강도는 증가하고 연성이 감소하는 현상을 보인다. 원형강관의 경우 철판을 말아서 제작하는 과정에서 철판의 두께와 원형강관의 직경에 따라서 항복변형률이상의 큰 변형을 경험하게 되고 이러한 변형은 제작된 강관의 구조적인 성능에 많은 영향을 미친다. 이러한 이유에서 제작과정에 발생하는 변형이 원형강관의 구조성능에 미치는 영향을 파악할 필요가 있다. 따라서, 이 연구에서는 원형강관을 제작하는 경우에 발생하는 변형에 의한 철판의 항복강도, 인장강도 및 연성 등의 영향을 파악하기 위해서 강관의 직경 및 두께와 시험편을 채취한 방향을 변수로 다수의 인장실험을 수행하고 이를 분석하였다. 실험 결과를 바탕으로 원형강판에서 채취한 시험편은 코일에서 채취한 시험편에 비해 항복강도와 인장강도가 더 높았고, 연신율은 낮아진 것으로 나타났다.

GTN 모델을 이용한 X80 라인파이프의 인장 변형성능 해석

윤영철,김기석,이재혁,조우연 대한토목학회 2016 대한토목학회논문집 Vol.36 No.6

This study presents a nonlinear finite element procedure involving a phenomenological model to validate the tensile strain capacity of the X80 line pipe developed for the strain-based design purpose. The procedure is based on the Gurson-Tvergaard-Needleman (GTN) model, which models nucleation, growth and coalescence of void volume fraction occurred inside a metal. In this study, the user-defined material module (UMAT) is implemented in the commercial finite element platform ABAQUS and is applied to thenonlinear damage analysis of steel specimens. Material parameters for the nonlinear damage analysis of base and weld metals are calibrated from numerical simulations for the tensile tests of round bar and full thickness specimens. They are then employed in thenumerical simulations for SENT (Single Edge Notch Tension) test and CWPT (Curved Wide Plate Test) and in the simulations, the tensile strain capacities are naturally evaluated. Comparison of the numerical results with the experimental results and the conventional empirical formulae shows that the proposed numerical procedure can fairly well predict the tensile strain capacity of X80 line pipe. So, it is readily expected to be effectively applied to the strain-based design procedure. 본 연구는 변형률 기반 설계를 위해 개발된 X80 라인파이프의 인장 변형성능을 검증하기 위해 금속의 비선형 거동을 해석할 수 있는 대표적 경험적인 모델인 GTN (Gurson-vergaard-Needleman) 모델을 이용한 비선형 유한요소 해석기법을 제시한다. GTN 모델은 재하과정중 금속내부에서 발생하는 공극의 생성, 성장, 합체에 대한 모델링을 통해 재료의 손상거동을 묘사하는데, 본 연구에서는 GTN 모델에 대한 사용자 정의 재료모델을 작성하고 상용 유한요소해석 프로그램인 ABAQUS에 연동시켜 강재의 비선형 손상거동을 해석하였다. 비선형 손상해석을 위한모재와 용접용 재료의 재료상수는 원형봉과 전두께 시편에 대한 인장시험 결과를 수치모사하여 결정하였으며, 결정된 재료상수를 이용하여 SENT (Single Edge Notch Tension) 시험과 CWPT (Curved Wide Plate Test)를 수치모사하였다. 수치해석 결과로부터 인장 변형성능을 산정하고 이를 시험결과 및 기존의 경험공식과 비교한 결과 본 연구에서 개발한 수치기법이 X80 라인파이프 부재의 인장 변형성능을 신뢰도 높게 평가하는 것을 확인하였으며, 결과적으로 변형률 기반 설계에 효과적으로 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

철근의 한계상태변형률 평가를 위한 이미지 프로세싱의 적용

김성도,정치영,우태련,정진환 한국구조물진단유지관리공학회 2016 한국구조물진단유지관리공학회 논문집 Vol.20 No.3

In this study, measurements were conducted by image processing to do an in-depth evaluation of strain of rebar in a uniaxial tension test. The distribution of strain and the necking region were evaluated. The image processing is used to analyze the color information of a colored image, so that the parts consistent with desired targets can be distinguished from the other parts. After this process, the image was converted to a binary one. Centroids of each target region are obtained in the binary images. After repeating such process on the images from starting point to the finishing point of the test, elongation between targets is calculated based on the centroid of each target. The tensile test were conducted on grade 60 #7(D22) and #9(D29) rebars fabricated in accordance with ASTM A615 standards. Strain results from image processing were compared to the results from a conventional strain gauge, in order to see the validity of the image processing. With the image processing, the measuring was possible in not only the initial elastic region but also the necking region of more than 0.5(50%) strain. The image processing can remove the measuring limits as long as the targets can be video recorded. It also can measure strain at various spots because the targets can easily be attached and detached. Thus it is concluded that the image processing helps overcome limits in strain measuring and will be used in various ways. 본 연구에서는 철근의 인장시험에서 변형률에 대한 상세 측정을 위하여 이미지 프로세싱을 이용하고, 변형률 분포와 넥킹구간을 평가하였다. 이미지 프로세싱 방법으로는 기존의 회색조영상을 이용한 방법이 아닌 칼라영상의 색상정보를 분석하여, 원하는 타겟과 가장 일치하는 영역과 그 외의 영역으로 구분하여 이진영상으로 변환하는 방법을 사용하였다. 변환된 이진영상에서 개별 타겟들의 도심점을 산출한 후 각 도심점의 상대변위값을 변형률로 환산하였다. 인장실험은 ASTM A615 기준으로 제작된 grade 60 철근 중 D22와 D29에 대해서 시험을 수행하였다. 이미지 프로세싱을 이용하여 계측된 변형률 결과를 기존 변형률 게이지를 이용하여 계측한 결과와 비교하여, 본 연구에서 사용한 이미지 프로세싱 방법에 대해서 검증하였다. 이미지 프로세싱을 이용하여 초기 탄성구간의 변형률 뿐만 아니라 넥킹구간에서 발생한 0.5 (50%) 이상의 변형률도 계측이 가능한 것을 확인하였다. 본 연구결과 이미지 프로세싱을 통하여 기존 변형률 게이지의 계측한계를 극복가능하고, 다양한 지점에서 자유롭게 계측할 수 있음을 알 수 있었다.