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샤르피 충격시험을 통한 구조용강재의 극한지 적용성 검토
이진형,신현섭,박기태,양승현,Lee, Chin-Hyung,Shin, Hyun-Seop,Park, Ki-Tae,Yang, Seunng-Hyun 한국강구조학회 2011 韓國鋼構造學會 論文集 Vol.23 No.4
The fabrication of steel structural members always involves welding process such as flux cored arc welding. Therefore, for the application of structural steels to cold regions, it is a prerequisite to clarify the service temperature of the welded joints in order to ensure the structural integrity of the welded parts. In this study, the Charpy impact test was conducted to evaluate the service temperature of structural steel weld. The Charpy impact test is a commercial quality control test for steels and other alloys used in the construction of metallic structures. The test allows the material properties for service conditions to be determined experimentally in a simple manner with a very low cost. Standard V-notch Charpy specimens were prepared and tested under dynamic loading condition. The service temperatures of the weld metal, HAZ (heat affected zone) and base metal were derived by the absorbed energy and the impact test requirements; thus the applicability of the structural steels to cold regions was discussed in detail. 본 연구에서는 구조용강재의 샤르피 충격시험(Charpy Impact Test)을 통해 저온에서의 충격 인성(Impact Toughness) 평가를 실시하여 사용 가능 온도를 파악함으로써 강재의 극한지 적용성을 검토하였다. 본 시험에 사용된 강재는 용접구조용강 중 현재 가장 널리 쓰이는 강종인 SM490B와 TMCP (Thermo-Mechanical Control Process)법에 의해 제조된 고강도 강재인 SM570-TMC이다. 또한, 본 시험결과와의 비교를 위해 남극 세종기지 건설시 사용실적이 있는 일반구조용강인 SS400에 대해서도 시험을 수행하였다. 대부분의 강구조물은 용접에 의해 제작되므로, 강재의 극한지 적용성 검토를 위해 용접시험판을 제작하여 모재(Base Metal), 용접금속(Weld Metal) 및 열양향부(Heat Affected Zone)에 대해서 충격시험을 실시하였다. 단, SS400의 경우에는 용접구조용강재가 아니므로 모재에 대해서 충격시험을 실시하였다. 대상 강재의 샤르피 충격시험을 통해서 저온에서의 충격흡수에너지 값을 구하고 이를 강재의 항복응력에 따른 충격흡수에너지의 기준값과 비교함으로써 강재의 사용온도를 결정하였으며, 이를 통해서 구조용강재의 극한지 적용성을 검토하였다.
용접방법에 따른 구조용강 용접 접합부의 저온 충격인성 특성
이진형,신현섭,박기태,Lee, Chin Hyung,Shin, Hyun Seop,Park, Ki Tae 한국강구조학회 2012 韓國鋼構造學會 論文集 Vol.24 No.6
본 논문에서는 서로 다른 용접방법 및 용접재료를 사용하여 제작한 강구조물 용접부 및 열영향부에 대하여 샤르피 충격시험 (Charpy Impact Test) 및 조직검사를 통한 저온에서의 충격인성 평가를 실시하여, 극지 및 시베리아와 같은 저온환경에 노출된 강구조물 용접 접합부의 충격인성을 확보할 수 있는 용접방안에 대한 연구를 수행하였다. 사용된 용접방법은 강구조물 제작시 널리 쓰이는 SMAW (Shielded Metal Arc Welding)와 FCAW (Flux Cored Arc Welding)이며, 각 용접방법에 따른 저온강용 용접봉을 사용하여 시험판을 제작하였다. 서로 다른 용접방법으로 제작된 시험판의 용접부 및 열영향부에 대하여 샤르피 충격시험을 통한 저온에서의 충격흡수에너지 값과 미세조직 분석을 통하여 용접방법에 따른 구조용강 용접 접합부의 저온 충격인성을 평가하였다. 시험결과 극한지에 강구조물을 적용하기 위해서는 저입열 용접인 SMAW 용접방법 및 그에 따른 저온강용 용접봉을 사용하는 것이 충격인성 확보 측면에서 유리하다는 것을 알 수 있었다. In this study, the Charpy impact test along with metallurgical observation was conducted to evaluate low temperature impact toughness of structural steel welds with different welding processes to find out the optimal welding process to guarantee the required impact toughness at low temperatures. The welding processes employed are shield metal arc welding (SMAW) and flux cored arc welding(FCAW), which are commonly used welding methods in construction. The Charpy impact test is a commercial quality control test for steels and other alloys used in the construction of metallic structures. The test allows the material properties for service conditions to be determined experimentally in a simple manner with a very low cost. To investigate the impact toughness at low temperatures of the steel welds, specimens were extracted from the weld metal and the heat affected zone. Standard V-notch Charpy specimens were prepared and tested under dynamic loading condition. The low temperature impact performance was evaluated based on the correlation between the absorbed energy and the microstructure. Analysis of the results showed that the optimal welding process to ensure the higher low temperature impact toughness of the HAZ and the weld metal is SMAW process using the welding consumable for steels targeted to low temperature use.
J-적분을 이용한 이종강재 용접접합부 계면균열의 파괴역학적 해석
이진형,장경호,Lee Chin-Hyung,Chang Kyong-Ho 한국전산구조공학회 2004 한국전산구조공학회논문집 Vol.17 No.4
용접접합부 균열의 파괴역학적 해석을 위해서는 용접중에 발생하는 잔류응력해석과 파괴해석이 병행되어야 한다. 잔류응력이 존재하면 J-적분은 더 이상 적분경고에 관계없이 인정한 값을 갖는 특성을 잃어버리게 된다. 또한 균질한 재료와는 달리 이종재료 계면균열에서는 균열선난에서 Mode I과 Mode II의 파괴거동이 동시에 발생한다. 그러므로 이종강재 용접접합부 균열의 J-적분 해석을 위해서는 이종강재 용접시 발생하는 잔류응력이 존재하는 경우에도 적분경로에 관계없이 일정한 값을 갖는 새로운 J-적분식이 도입되어야 한다. 따라서 본 연구에서는 기존의 J-적분을 수정하여, 이종강재 용접시 발생하는 잔류응력이 존재하는 경우에 경로 독립성을 유지하는 J-적분을 고찰하고, 이를 이용하여 잔류응력과 외력이 동시에 작용하는 균열선단에서의 J-적분을 해석할 수 있는 프로그램을 개발하였다. 자체개발한 탄소성 해석프로그램을 이용하여 이종강재 용접시 잔류응력과 외력에 대한 응력분포를 계산하였으며, 이를 이용하여 잔류응력과 외력의 복합하중에 대한 J-적분을 계산하였다. For the fracture mechanics analysis of cracks in welds of dissimilar steels, residual stress analysis and fracture analysis must be performed simultaneously. The standard definition of the J -integral leads to a path dependent value in the presence of a residual stress field. And unlike cracks in homogeneous materials, a bimaterial interface crack always induces both opening and shearing modes of stress in the vicinity of the crack tip. Therefore, it is necessary to develope a path independent J-integral definition for a crack in a residual stress field generated by welding of dissimilar steels. This paper addresses the modification of the Rice-J-integral to produce a path independent J -integral when residual stresses due to welding of dissimilar steels and external forces are present. The residual stress problem is treated as an initial strain problem and the J-integral proposed for this class of problems is used. And a program which can evaluate the J -integral for a crack in a weld of dissimialr steels is developed using proposed J integral definition.
기구축 계측시스템의 안전관리 네트워크 시스템 연계 방안에 관한 연구
이진형(Chin Hyung Lee),박기태(Ki Tae Park),유영준(Young Jun You),주봉철(Bong Chul Joo),황윤국(Yoon Koog Hwang),배인환(In Hwan Bae) 한국방재안전학회 2009 한국방재안전학회 논문집 Vol.2 No.3
본 연구에서는 기구축 계측시스템의 안전관리 네트워크 시스템(국토해양부, 2008) 연계 가능성을 타진하기 위해서 신공항하이웨이(주) 관할 현수교인 영종대교 계측시스템의 안전관리 네트워크 시스템 연계 시범구축을 실시하였다. 기구축 계측시스템 데이터 연계를 위하여 DAQ Sender 서버 프로그램과 DAQ Receiver 서버 프로그램으로 구성되는 연계 프로그램을 개발하였다. DAQ Sender 서버 프로그램은 기구축 계측시스템 전산센터 내 중립지역(DMZ ZONE)de미리 설치 서버계서버설치되 운영되는 프로그램으로 기구축 계측시스템과의 통신을 담당한다. DAQ Receiver 서버 프로그램은 안전관리 네트워크 시스템 통합운영센터 내 연계서버에 설치되어 운영되는 프로그램으로 DAQ Sender와 통신을 통해 실시간 및 기간이력 데이터를 수집하고 이를 통합운영 서버에 저장하는 역할을 수행한다. 본 시범구축 결과 기구축 계측시스템으로부터 연계항목을 구성하고 실시간 및 기간이력 데이터를 성공적으로 연계할 수 있었다. 따라서 향후 각 기구축 계측시스템들을 통합할 때 필요한 연계방안의 토대를 마련할 수 있었다. This study performed the construction of test bed for the combination of the health monitoring system in Yongjong grand bridge with the safety management network system in order to explore the feasibility of combining the existing monitoring system with the safety management network system. For this purpose, connection program which consists of DAQ sender server program and DAQ receiver server program has been developed. DAQ sender server program installed in the connection server, which is located on the DMZ zone of the existing monitoring system, plays the role of communicating with the monitoring system. On the other hand, DAQ receiver server program installed in the connection server, which is located on the integrated operation center of the safety management network system, plays the part of gathering real time and tim history data of the existing monitoring system and storing them in the integrated operation server through the communication with the DAQ sender. Test bed demonstrated the feas ibili ty of combining the existing monitoring system with the safety management network system.