• Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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• v.35 no.1
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• pp.25-31
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• 2011

In the tensile test necking occurs at the maximum load point and non-uniform stress state is generated in this section. The equivalent stress becomes quite different from the axial stress as necking proceeds. Methods for obtaining the true stress-true strain curves, by overcoming difficulties due to the necking phenomena, have been developed by many authors. One of the methods based on the finite element analysis simulation is a very promising method. In this paper, general-purpose finite element program is used to simulate the tensile test. A round specimen and a flat specimen prepared from the same steel block are tested and simulated. The true stress-true strain curves are determined without assuming that the material follows Hollomon's law.

• Proceedings of the Korean Institute of Industrial Safety Conference
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• 2003.05a
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• pp.147-152
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• 2003

원자로 압력용기 저합금강들은 원자로 가동 중 중성자 조사에 의해 재질열화 (material degradation)가 발생한다. 그러므로 계속적인 재질열화의 평가는 발전소의 수명을 예측, 평가하기 위해서 매우 중요하다. 그러나 표준시편을 이용한 인장시험, 충격시험 및 파괴인성 시험법 등은 조사시편의 크기 및 수량에 제한이 따르고, 높은 방사능으로 인해 시험편의 취급에도 제약을 받게 된다. 따라서 소형시편을 이용한 재료의 손상평가기술의 필요성이 부각되었고, 소형펀치시험(small punch test, SP test)은 그 중 하나의 유용한 시험 방법이다.(중략)

• Proceedings of the Korean Nuclear Society Conference
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• 1998.10a
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• pp.205-205
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• 1998

• Proceedings of the Materials Research Society of Korea Conference
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• 2003.03a
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• pp.244-244
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• 2003

나노인덴테이션은 시편에 압자를 침투시켜 재료의 기계적 특성을 파악할 수 있는 경도시험법이다. 압입범위를 나노미터범위로 조절할 수 있어 기존에 접근할 수 없었던 극 미소부분에로 응용이 넓어지고 있다. 경도시험시 재료의 탄성 및 소성 작용에 의해 재료는 변형되고, 표면변화 관찰을 통해 표면아래 부분에서 이루어지고 있는 거동을 예측할 수 있다. 이러한 관점에서 나노인덴테이션 시험시에도 발생하는 파일업과 싱크인 현상에서 재료가 나노미터 범위에서 어떠한 양상으로 변형을 하는지를 고찰하는 것은 의미가 있을 것이다. 본 연구에서 파일업과 싱크인의 양상을 파악하고 그 양을 정량화하기 위하여 가공경화양에 따른 표면변화와 압입하중 변화에 따른 표면변화를 관찰하였다. 어닐링한 봉상 알루미늄을 압축변형을 0%, 5%, 20%, 40%, 50% 로 변형시켜 가공경화를 일으켰고, 표면은 전해연마하여 나노압입시험이 가능하도록 하였다. 각각의 시편을 나노인덴테이션 압입하중을 변화시켜 재료에서 하중 변화에 따라 나타나는 표면변화를 관찰하였고, 위의 각 조건에서 파일업양을 정량화 하였다. 연구결과에 대해 ANSYS 유한요소분석 프로그램을 사용하여 재료의 변형양상을 시뮬레이션 하였고, 실제 실험데이터와 비교 분석하였다.

• Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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• v.29 no.12 s.243
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• pp.1605-1614
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• 2005

For the last four decades, tension test of notched bars has been performed to investigate the effect of stress triaxiality on ductile fracture. To quantify the effect of the notch radius on stress triaxiality, the Bridgman equation is typically used. However, recent works based on detailed finite element analysis have shown that the Bridgman equation is not correct, possibly due to his assumption that strain is constant in the necked ligament. Up to present, no systematic work has been performed on fully plastic stress fields for notched bars in tension. This paper presents fully plastic results for tension of notched bars and plates in plane strain, via finite element limit analysis. The notch radius is systematically varied, covering both un-cracked and cracked cases. Comparison of plastic limit loads with existing solutions shows that existing solutions are accurate for notched plates, but not for notched bars. Accordingly new limit load solutions are given for notched bars. Variations of stress triaxiality with the notch radius and depth are also given, which again indicates that the Bridgman solution for notched bars is not correct and inaccuracy depends on the notch radius and depth.

• Proceedings of the Materials Research Society of Korea Conference
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• 2009.05a
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• pp.42.1-42.1
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• 2009

오스테나이트 스테인리스강은 우수한 내식성 및 기계적 특성으로 인해 구조용 재료로 널리 사용되고 있다. 표준원전 경수로의 경우 가압기 밀림관소재로 Nb 안정화 오스테나이트 스테인리스강인 type 347 스테인리스강이 사용되고 있다. 그러나 원전배관에서는 운전중 배관내 온도편차에 의한 열응역과 하중변화에 의한 기계적하중에 의해 피로손상을 받는다. 일반적으로 범용 오스테나이트 스테인리스강(AISI 304, 316)의 피로균열 성장거동에 대한 연구결과는 국내외적으로 다수 축적되어 있으나 type 347 탄소, 질소 함량에 따른 기계적 특성 및 피로균열성장 연구는 매우 미비하다. 따라서 본 연구에서는 탄소와 질소의 함량에 따른 기계적거동을 평가하고, 이에 따른 피로균열전파속도를 관찰하여 스테인리스강의 정확한 피로균열전파속도 곡선을 제시하고자 한다. 실험에 사용된 시편은 두께 5mm, 폭 25.4mm CT시편을 사용하였으며, 1mm의 예비균열을 주었다. 그리고 실험온도는 상온과 원전가동온도인 $316^{\circ}C$에서 실시하였으며, 주파수는 10Hz를 주었다. 실험결과 각 함량에 따른 type 347의 미세조직 관찰결과 기지내에 압연방향을 따라 조대한 석출물의 흐름이 관찰되었으며, 크기나 분포가 큰 차이를 보였다. C+N 함량이 낮은 시편은 주로 $0.1\;{\mu}m$ 이하의 미세한 입자들이 오스테나이트 기지조직의 입내와 입계에 고르게 분포되어 있었다. 그러나 C+N 함량이 높은 시편의 경우에는 $0.1\;{\mu}m$ 이하의 미세한 입자들과 함께 국부적으로 $1\sim10\;{\mu}m$의 조대한 입자들이 분포하고 있는 것이 관찰되었다. 그리고 질소의 함량이 높아짐에 따라 인장강도는 증가하였으며, 피로시험결과 고온에서 실험한 피로균열성장률 곡선이 상온보다 높게 나타남을 확인할 수 있었다. 그리고 질소가 적게 첨가되고 탄소의 함량이 많을수록 피로균열성장률은 ASME 곡선보다 낮게 나타났다.

• Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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• v.31 no.1 s.256
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• pp.70-76
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• 2007

Elastic-plastic fracture mechanics is popularly used for integrity evaluation of major components, however, it is not easy to extract standard specimens from operating facility. This paper examines how ductile fracture toughness is characterized by a small punch testing technique in conjunction with finite element analyses incorporating a damage model. At first, micro-mechanical parameters constituting Rousselier model are calibrated for typical nuclear materials using both estimated and experimental load-displacement (P-$\delta$) curves of miniaturized specimens. Then, fracture resistance (J-R) curves of relatively larger standard CT specimens are predicted by finite element analyses employing the calibrated parameters and compared with corresponding experimental ones. It was proven that estimated results by the proposed method using small punch specimen is promising and might be used as a useful tool for ductile crack growth evaluation.

• Proceedings of the KSME Conference
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• 2008.11a
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• pp.161-166
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• 2008

In general structures, cleavage fracture may develop under the low constraint condition of larger scale yielding with a shallow surface crack. However, standard procedures for fracture toughness testing require very severe restrictions of specimen geometry. So the standard fracture toughness data makes the integrity assessment irrationally conservative. In this paper, cleavage fracture toughness tests have been made on side-grooved PCVN (precracked charpy V-notch) type specimens (10 by 10 by 55 mm) with varying crack depth, The constraint effects on the crack depth ratios are quantitatively evaluated by scaling model and Weibull stress method using 3-D finite clement method, After correction of constraint loss due to shallow crack depths, the statistical size effect are also corrected according to the standard ASTM E 1921 procedure, The results snowed a good agreement in the geometry correction regardless of the crack size, while some over-corrections were observed in the corrected values of $T_0$.

• Proceedings of the Materials Research Society of Korea Conference
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• 2011.10a
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• pp.39.1-39.1
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• 2011

가압경수로의 압력경계기기는 약 $300^{\circ}C$, 150기압의 고온고압수환경에서 가동되고 있다. 특히 가압기 밀림관은 고온수와, 저온수가 교차하는 부분으로 열성층 형성으로 열적, 기계적 피로 및 수화학환경이 더해진 부식피로 등에 의하여 손상을 받는다. PWR 원전에서 수화학환경은 대표적으로 용존산소(DO) 5ppb, pH 6~8, 용존수소(DH) <30 cc/kg, 온도 $316^{\circ}C$의 환경을 유지하게 된다. 가압기 밀림관에는 오스테나이트계 스테인리스강이 사용되는데, 오스테나이트계 스테인리스강은 고온 수화학환경에 민감한 것으로 알려져 있다. 따라서 오스테나이트계 스테인리강을 공기중에서의 기계적특성 및 피로특성을 향상시키기 위하여 질소를 첨가한 스테인리스강을 제조하여 PWR 원전환경에서의 피로균열성장특성을 평가하였다. 실험에 사용된 재료는 PWR 원전 가압기 밀림관 소재인 Type 347 스테인리스강에 0.0005 wt%가 첨가된 상용재와 0.11 wt% 질소가 첨가된 재료이다. 사용된 시편형상은 두께 5 mm, 폭 25.4 mm의 CT 시편이다. 수화학환경은 150기압, 온도 $316^{\circ}C$, 용존산소(DO) 5ppb, 용존수소(DH) 30 cc/Kg, pH는 약 7로 유지 하였으며, 응력비 0.1, 하중 반복속도 10Hz의 기계적 조건에서 하중제어로 시험을 진행하였다. 균열길이는 직류전위차법(Direct Current Potential Drop: DCPD)을 이용하여 측정하였다. 질소함량이 증가할수록 동일 사이클에서 균열길이가 늦게 성장하였고, 피로균열성장속도도 약간 늦어지는 것으로 나타났다. 각 스테인리스강의 피로파면 관찰결과 상용재는 약 1 ${\mu}m$의 산화물들이 생성되는 반면 질소첨가 스테인리스강은 약 0.1 ${\mu}m$정도 산화물이 생성되었다. 산화막의 두께도 질소가 첨가됨으로써 상용재에 비해 얇게 생성되었다. 따라서 질소가 첨가됨으로써 부식환경에서 내산화성이 향상되었으며, 이는 피로균열성장특성에 영향을 미치는 것으로 판단된다.

• Transactions of the Korean Society of Pressure Vessels and Piping
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• v.12 no.1
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• pp.62-69
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• 2016

Current guidance considers that uniaxially loaded specimen with a deep crack is used for the determination of the ductile-to-brittle transition temperature. However, reactor pressure vessel is under biaxial loading in real and the existence of deep crack is not probable through periodic in-service-inspection. The elastic stress intensity factor and the elastic-plastic J-integral which were used for crack-tip stress field and fracture mechanics assessment parameters. The difference of the loading condition and crack geometry can significantly influence on these parameters. Thus, a constraint effect caused by differences between standard specimens and a real structure can over/underestimate the fracture toughness, and it affects the results of the structural integrity assessment, consequentially. The present paper investigates the constraint effects by evaluating the master curve $T_0$ reference temperature of PCVN (Pre-cracked Charpy V-Notch) and small scale cruciform specimens which was designed to simulate biaxial loading condition with shallow crack through the fracture toughness tests and 3-dimensional elastic-plastic finite element analyses. Based on the finite element analysis results, the fracture toughness values of a small scale cruciform specimen were estimated, and the geometry-dependent factors of the cruciform specimen considered in the present study were determined. Finally, the transferability of the test results of these specimens was discussed.