경사진 균열을 가진 직사각형 시편의 균열진전 거동 연구

우경식 ( Kyeong Sik Woo ),김영아 ( Young Ah Kim ),왕위 ( Wei Wang ) 충북대학교 건설기술연구소 2012 建設技術論文集 Vol.31 No.1

본 논문에서는 경사진 균열을 가진 사각형 인장시험 시편형상에 대해 반복계산에 의한 가상균열진전법과 CZM (Cohesive Zone Modeling) 방법을 사용하여 균열전파거동을 연구하였다. 사각형 시편형상은 2차원 평면요소를 사용* 하여 이산화 하였으며 경사진 균열을 외연적으로 나타내도록 모델링 하였다. 가상균열진전해석에서는 반복적으로 선형탄성파괴역학적 방법으로 균열전파 방향을 계산한 후 작은 크기의 斗상균열 크기만큼 균열크기를 증가시키도록 하였고, CZM 방법에서는 균열이 전파될 것으로 예측되는 지역에 위치한 모든 요소들 사이에 코히시브 요소를 삽입한 후 해석을 수행하여 해석형상의 응력상태에 따라서 균열의 전파경로가 결정되도록 하였다. 코히시브 트랙션-분리 관계식의 초기강성 및 요소의 형상 둥이 균열전파가 거동 에 미치는 영향을 체계적으로 조사하였다. In this paper, the crack propagation behavior of rectangular tensile specimen with slanted center crack was studied by an iterative virtual crack propagation method (IVCP) and cohesive zone modeling (CZM), The rectangular specimen configuration was discretized using 2-dimensional plane elements with the slanted center crack modeled explicitly. In the IVCP method, first the crack propagation direction was calculated by LEFM based methods and then a small sized virtual crack was extended successively. In the CZM method, the cohesive elements were inserted between the sides of every bulk element in the region where the crack was thought to propagate. The effect of the initial stiffness of the traction-separation relation and element shapes on the crack propagation behavior was systematically investigated.

압전재료에서 비정상적으로 전파하는 투과형 모드 III 균열

이광호(Kwang Ho Lee) 대한기계학회 2012 大韓機械學會論文集A Vol.36 No.9

면외 기계적하중과 면내 전기적하중을 받는 압전재료에서 비정상적으로 전파하는 전기투과형 균열에 대하여 연구하였다. 비정상적으로 전파하는 균열에 대한 평형방정식을 개발하였고 근접해법으로 투과형균열에 대한 응력장 및 변위장을 얻었다. 압전상수, 유전율 그리고 균열선단속도 및 응력확대계수의 시간 변화율이 비정상적으로 전파하는 균열선단부근의 응력 및 변위장에 미치는 영향을 명확히 나타내었다. 이러한 응력장과 변위장을 사용하여 비정상적으로 전파하는 균열선단의 응력장 및 변위장의 특성에 대하여 토론하였다. An unsteadily propagating permeable crack in piezoelectric materials (PMs) under anti-plane shear mechanical loading and in-plane electric loading is studied. The equilibrium equations for a transiently propagating crack in a PM are developed, and the solutions on the stress and displacement fields for a permeable crack though an asymptotic analysis are obtained. The influences of piezoelectric constant, dielectric permittivity, time rate of change of the crack tip speed and time rate of change of stress intensity factor on the stress and displacement fields at the transiently propagating crack tip are explicitly clarified. By using the stress and displacements, the characteristics of the stress and displacement at a transiently propagating crack tip in a PM are discussed.

수정 Forman 모델을 이용한 고성능 강재의 피로균열전파와 피로수명평가

최성원(Sung-Won Choi),강동환(Dong-Hwan Kang),이종관(Jong-Kwan Lee),김태원(Tae-Won Kim) 대한기계학회 2011 大韓機械學會論文集A Vol.35 No.11

응력확대계수비와 하중 주파수가 각각 ‘R=0.1, f=0.1 Hz’, ‘R=0.3, f=0.3 Hz’ 및 ‘R=0.5, f=0.5 Hz’인 세가지 하중 조건에서 피로균열전파 실험을 하였으며 이를 바탕으로 고성능 강재의 피로균열전파거동 분석과 피로수명평가를 수행하였다. 하중 조건에 따른 피로균열전파거동을 모사하기 위해 수정된 Forman 모델을 제안하였으며 제안된 모델은 하한 응력확대계수폭과 균열 닫힘 현상에 의한 유효 응력확대계수폭을 고려함으로써 거동의 전 영역을 모사할 수 있었다. 응력확대계수비와 하중 주파수가 0.1 인 경우, 균열이 약 5.0 mm 전파될 때 피로수명을 평가한 결과, Forman 모델은 8,814 cycles, 수정된 모델은 12,292 cycles 의 계산결과를 얻었으며, 이를 12,774 cycles 의 실제 실험결과와 비교할 때 수정된 Forman 모델이 실제 피로균열전파거동을 보다 효과적으로 모사하고 있음을 확인할 수 있었다. Fatigue crack propagation behavior and the fatigue life in-high performance steel were investigated by means of fatigue crack propagation tests under constant loading conditions of ‘R=0.1 and f=0.1 Hz’, ‘R=0.3 and f=0.3 Hz’, and ‘R=0.5 and f=0.5 Hz’ for the load ratio and frequency, respectively. A modified Forman model was developed to describe the fatigue crack propagation behavior for the conditions. The modified Forman model is applicable to all fatigue crack propagation regions I, II, and III by implementing the threshold stress intensity factor range and the effective stress intensity factor range caused by crack closure. The results show that predicted fatigue lives of Forman and modified Forman models were 8,814 and 12,292 cycles, respectively when the crack propagated approximately 5.0 mm and the load ratio and frequency were both 0.1. Comparison of the test results indicates that the modified Forman model showed much more effective fatigue crack propagation behavior in high-performance steel.

다단계 피로하중 실험을 통한 균열 발생 및 전파단계에서 파괴모드 II 영향 분석

홍석표(Seok Pyo Hong),박세민(Sae Min Park),김주희(Ju Hee Kim) 대한기계학회 2017 大韓機械學會論文集A Vol.41 No.9

본 연구는 균열 발생 및 전파단계에서 하중모드 II의 영향을 평가하기 위해 피로균열 하한계 영역의 혼합모드 I+II 하중을 통해 실험적으로 평가하였다. 균열 발생단계(Stage I)에서는 혼합모드상태에서 하중작용 각도(θ)가 증가할수록 모드 II 영향으로 인하여 낮은 하중에서 균열이 발생하고, 균열 전파단계(Stage II)에서는 균열전파 속도는 감소하였다. 다단계 하중작용 각도변화에 따른 하중모드 II영향은 균열전파단계 실험을 통해 평가하였다. 혼합모드 I+II 하중 작용 시 작용각도(0°→θ →60°) 증가에 따라 피로균열전파속도는 감소하였으며 늦게 발생한 균열에서도 마찬가지로 감소하였다. 작용각도가 θ ≥75° 범위에서는 하중작용각도 증가에 따라 피로균열전파속도가 증가하고 피로수명이 감소하는 것을 확인하였다. To evaluate the effects of mode II on the crack initiation and propagation stages, the effects in the fatigue threshold region under a mixed-mode I+II loading state was experimentally investigated. In the case of mixed-mode I + II, during the crack initiation stage, as the loading application angle (θ) increased, cracks occurred in the lower load owing to the effects of mode II, while the crack propagation rate decreased. The effects of mode II were experimentally investigated in the crack propagation stage by means of multilevel loading direction variation. Following mixed-mode I+II (0°→θ→60°), as the load application angle increased, the fatigue crack propagation rate decreased, as did the fatigue crack propagation rate, which occurred later. Following mixed-mode I + II in case of(θ ≥75°), the fatigue crack propagation rate was found to increase, while the fatigue life decreased.

로어암의 피로균열 진전 특성의 실험적 고찰

임재용(Jaeyong Lim),강우종(Woojong Kang),김용민(Yongmin Kim) 한국자동차공학회 2007 한국자동차공학회 춘 추계 학술대회 논문집 Vol.- No.-

LCAs, which play an important role in transferring and bearing load, were investigated experimentally in view of fatigue crack initiation life and propagation life. Generally speaking, it has been widely accepted that the crack initiation life is significant in the fatigue design of suspension parts. However, the crack propagation lives need to be known as the durability tests have been performed on a total life basis. Two ways to get the crack propagation rates were adopted based on the intended sites in this study. They are surface replica and crack propagation gages. In addition, the initiations of numerous crack initiation sites, for instance neck crack near A-bush, a side-crack originated from the weldline, a spotweld-crack between reinforcement and the bottom surface, were confirmed by employing an Acoustic Emission(AE) technique. In this study, the crack behavior and the ratio of crack initiation life to total life were discussed.

혼합모드 하중 하에서의 피로균열닫힘과 성장거동

송삼홍(Samhong Song),서기정(Kijeong Seo),이정무(Jeongmoo Lee) 한국자동차공학회 2004 한국자동차공학회 춘 추계 학술대회 논문집 Vol.- No.-

The stress conditions acting on the practical structure are complex, and thus most cracks existing in the practical structures are under mixed-mode loading conditions. The effect of shear load component of mixed-mode loading acts more greatly in the stage of crack initiation than crack propagation stage. Hence, research on the behavior in the stage of crack initiation need to be examined in order to evaluate behavior of mixed-mode fatigue cracks. In this study, the crack opening displacement(COD) was measured by using the direct measuring method(DMM). We examined the behavior at crack tip by determining crack opening load. From the test results, the propagation behavior of mixed-mode fatigue cracks was evaluated. Also, we examined the characteristic of crack propagation under mixed-mode loading by considering propagation directions and paths of mixed-mode fatigue cracks.

직교이방성 압전재료에서 전파 하는 모드 Ⅲ 균열의 응력장과 변위장

이광호(Kwang Ho Lee) 대한기계학회 2010 大韓機械學會論文集A Vol.34 No.6

면외평면전단하중과 면내전기하중을 받는 직교이방성 압전재료에서 전기투과형 전파균열장을 해석하였다. 압전재료에서 전파하는 균열의 운동방정식이 유도되었으며 근접해법을 통하여 응력장과 변위장의 해를 얻었다. 압전상수 및 유전율 등이 균열선단의 응력장과 변위장에 미치는 영향을 명확히 나타내었다. 본 연구에서 유도된 응력장과 변위장을 사용하여 압전재료에서 전파하는 균열선단부근의 응력과 변위의 특성에 대하여 논의하였다. The stress and displacement fields of a permeable propagating crack in orthotropic piezoelectric materials under anti-plane shear mechanical load and in-plane electric load are analyzed. The equations of motion for the propagating crack in piezoelectric materials are developed and the solution on the stress and the displacement fields through an asymptotic analysis was obtained. The influences of the piezoelectric constant and of the dielectric permittivity on the stress and displacement fields at the crack tip are explicitly clarified. Using the stress and displacement fields obtained in this study, the characteristics of stress and displacement at a propagating crack tip in piezoelectric materials are discussed.

밀도변화가 직교이방성함수구배재료에서 전파하는 모드 Ⅲ 균열선단의 응력 및 변위장에 미치는 영향

이광호(Kwang Ho Lee) 대한기계학회 2011 大韓機械學會論文集A Vol.35 No.9

밀도의 변화가 직교이방성 함수구배재료에서 전파하는 모드 Ⅲ 균열선단부근의 응력 및 변위장에 미치는 영향에 대하여 연구하였다. 본 연구에서 균열은 물성치의 구배방향과 수직하여 전파하며 다음과 같은 3가지 종류의 함수구배재료에서 밀도변화가 균열선단의 응력장 및 변위장에 미치는 영향에 대하여 연구하였다. (1) 탄성변화 없이 밀도만 변화하는 경우 (2) 밀도의 변화방향과 탄성변화방향이 서로 반대인 경우 (3) 밀도의 변화방향과 탄성변화방향이 동일한 경우이다. 이와 같은 경우에 대한 연구를 위하여 균열의 응력장 및 변위장이 개발되었으며 또한 전파하는 균열에 대한 동적응력확대계수에 대하여도 연구하였다. 균열전파속도가 느린 경우에는 밀도의 변화가 균열선단부근의 응력 및 변위장에 미치는 영향은 미미하나 균열전파속도가 빠른 경우에는 그 영향은 매우 크다. The influences of density variation on stress and displacement fields at a propagating Mode-Ⅲ crack tip in orthotropic functionally graded materials (OFGMs) are studied. The crack propagates dynamically at a right angle to the gradient of physical properties. Three kinds of elasticity and density gradients are analyzed in this study. They are as follows: (1) the density varies without elasticity variation, (2) the directions of the density and elasticity gradients are opposite to each other, and (3) same. For these cases, the stress and displacement fields at the crack tip are developed and the dynamic stress intensity factors for propagating cracks are also studied. When the crack speed is low, the influence of density variation on the stresses and displacement is low. However, when the crack speed is high, this influence is very high.

유한요소 모형을 이용한 연속철근 콘크리트 포장의 균열 전파 특성분석

조병휘 경희대학교 대학원 원우회 2007 高凰論集 Vol.40 No.-

In previous studies on the behavior of transverse crack in continuously reinforced concrete pavement (CRCP), the cracks have been assumed to be through cracks. The analysis methods used in those previous studies, however, have a lack of predicting and understanding of the actual crack behavior of CRCP. Therefore, in this study, a structural analysis method to predict crack propagation in CRCP under environmental conditions was developed using a finite element model, and the crack propagation process was investigated. Three different thermal loading conditions were considered. The analysis results show that transverse cracks do not always pass through a slab completely and the aspects of crack propagation depend on the types of thermal loads.

함수 구배 등방성 재료와 이방성 재료의 접합 계면을 따라 비정상적으로 전파하는 모드 III 균열

이광호(Kwang Ho Lee) 대한기계학회 2020 大韓機械學會論文集A Vol.44 No.4

등방성 재료와 이방성 재료가 접합된 계면에서 균열이 비정상적으로 전파할 때 균열 선단의 천이응력장과 변위장에 대하여 연구하였다. 접합 계면에서 비정상적으로 전파하는 천이 균열 상태에 대한 동적 평형 방정식을 개발하고 근접해법으로 비정상 전파 균열 선단의 천이 응력장, 변위장 그리고 에너지 해방율을 유도하였다. 본 연구에서 얻어진 천이 응력장과 변위장 그리고 에너지 해방율을 사용하여 이방성의 특성, 균열 전파 속도, 가속도, 순간 응력 확대 계수의 변화율 그리고 비균질 파라메타 등이 천이 균열 선단의 응력장 및 변위장 그리고 에너지 해방율에 미치는 영향에 대하여 연구하였다. When a crack propagates transiently along the interface between functionally graded isotropic materials (FGIMs) and anisotropic materials, the transient stress, displacement fields, and energy release rate at the propagating crack tip are studied. The dynamic equilibrium equations for a transiently propagating crack are developed, and transient stress and displacement fields are obtained by using asymptotic analysis. By using the transient stress and displacement fields and energy release rate, the influences of the crack propagation speed ϲ, the crack tip acceleration ċ, the rate of change stress intensity factor KIII and nonhomogeneous parameter ς on the stress, the displacement and the energy release rate at the crack tip are studied.