• 대한기계학회논문집A
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• 제38권9호
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• pp.943-951
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• 2014

마이크로/나노 압입시험에 사용되는 각뿔 혹은 원뿔형 압입자의 선단 형상은 제작한계 및 사용 중 마모 등으로 인해 필수적으로 곡면 형태를 띄게 된다. 많은 압입시험 관련 연구에서 각뿔형 압입자의 선단 형상은 편의상 구형으로 가정한 후, 얕은 압입에 대한 구형압입 이론식을 적용하고 있다. 이러한 가정에는 근본적으로 두 가지 문제점이 있는데, 첫 번째로 이론해의 정확성은 재료 물성치 및 압입자 형상에 따라 변화한다는 점이며, 두 번째로 각뿔형 압입자의 실제 선단 형상은 이상적인 구형이 아니라는 점이다. 본 연구에서는 유한요소해석에 기반하여 압입시험에 미치는 이 두 요소의 영향을 분석한다. 먼저 탄성 구형 압입시험에 대해 푸아송비와 하중-변위 곡선의 상관관계를 살펴보고, 이를 기반으로 수정된 구형 탄성 압입 관계식을 제시한다. 이어 가정된 Berkovich 선단 형상의 3차원 유한요소해석으로부터 압입깊이에 따른 하중-변위 곡선의 특성을 분석한다.

• 대한기계학회논문집A
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• 제37권12호
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• pp.1453-1463
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• 2013

본 연구에서는 유한요소해석과 압입시험으로 압입자 형상이 압입균열특성에 미치는 영향을 조사했다. 본 논문에서는 Lee 등(2012)이 제시한 cohesive zone 모델특성 및 균열생성, 진전을 위한 해석조건에 기초해 다양한 균열해석을 수행했다. 우선, 사각뿔 및 삼각뿔 압입균열 시험과 해석을 비교해 해석모델의 유효성을 검증했다. 아울러 비대칭 압입자에 의한 압입시, 압입하부에서 비대칭 균열의 발생여부를 해석적으로 관찰했다. 최종적으로 압입발생 균열수와 균열길이 관계를 조사했다. 균열수와 균열길이 관계 및 동일 압입자형상(압입자 모서리수)에서 압입자각에 따른 균열길이 변화를 이용하면, 특정 압입자 형태의 압입시험에서 얻은 균열길이 만으로 다양한 압입자 형태의 균열길이를 예측할 수 있다.

• 비파괴검사학회지
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• 제33권2호
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• pp.129-137
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• 2013

나노압입시험기의 힘교정과 압입자에 대한 3차원 형상 관찰 및 분석이 본 연구에서 진행되었다. 표준분동으로 교정한 마이크로밸런스로 나노압입시험기에서 발생시킨 하중을 측정하여 측정치와 발생치의 비로 압입하중을 교정하였고, 나노압입시험의 시작점인 초기 접촉 하중도 확인할 수 있었다. 삼각뿔 압입자를 원자현미경으로 관찰하여 분석한 결과 비교적 사용이력이 없는 압입자 A와 마모된 압입자 B의 첨단곡률반경은 각각 $19.71{\pm}3.03$ nm와 $1043.94{\pm}50.91$ nm로 결정되었다. 완벽한 삼각뿔 압입자 형상과 중첩하여 압입자 A와 B의 첨단무딘깊이(bluntness depth)를 1.22 nm와 64.56 nm로 결정하였고, 용해실리카 기준시편에 수행한 나노압입시험 결과를 살펴본 결과 두 압입자의 압입하중-변위곡선들이 무딘깊이 차이만큼 수평축으로 서로 어긋나 있음을 확인할 수 있었다. 수평 이동을 통해 보정된 압입곡선의 분석을 통해 개별 압입자 면적함수에 대한 고려없이 1.11 % 이내에서 동일한 용해실리카의 나노경도를 결정할 수 있었다.

• 한국신뢰성학회:학술대회논문집
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• 한국신뢰성학회 2011년도 춘계학술발표대회 논문집
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• pp.125-130
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• 2011

발전 설비는 기대 수명동안의 안정성을 확보하기 위하여 해당 규격에 부합하도록 설계하여 건설된다. 하지만 가동 중 다양한 복합 환경에 노출됨에 따라 구조물을 이루고 있는 재료의 열화 현상이 가속화되어 예기치 못한 파손이 발생할 수 있다. 기계적 물성은 재료의 기계적 거동을 나타내는 주요 척도가 되며 이는 신뢰성 및 안전과 직결된다. 하지만 기존의 역학물성을 측정하는 대부분의 시험법들은 특정 크기의 시편을 요구하고 파괴적인 시험법이기 때문에 가동 중 시설물에 적용하기가 불가능하였다. 이러한 한계점을 극복하고자 비파괴적이고 정량적인 시험이 가능한 연속압입시험법이 최근 각광받는 시험법으로서 많은 연구자들에 의해 연구되고 있다. 이 시험법은 시험 대상물의 형상에 제약을 받지 않으며 시험 절차가 매우 간단하다는 장점을 가진다. 또한 대상의 국소 부위에 시험할 수 있어 취약 부위 판별이 가능하다. 본 연구에서는 대표응력-대표변형률 기법을 통하여 인장물성을 평가하고, 압입 하중 차이를 이용하여 소재에 존재하는 잔류응력을 평가하는 기법을 소개한다. 또한, 연속압입시험을 이용하여 실제 발전소 파이프의 취약부위로 알려진 용접부에 대하여 인장물성 및 잔류응력을 측정함으로써 실제 산업체의 신뢰성 평가가 적용할 수 있음을 확인하였다.

• 대한기계학회논문집A
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• 제36권1호
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• pp.81-90
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• 2012

재료시험기법 중 하나인 압입시험은 크리프 특성 분석에 이용될 수 있다. 그러나 많은 기존 연구들이 정상상태의 크리프 특성만을 이용하고 있기 때문에, 단축시험과 압입시험 사이에는 상당한 차이가 발생한다. 따라서 정확한 크리프 평가를 위해서는 천이 크리프 특성을 고려하여야 한다. 본 연구에서는 Ogbonna 등(14)의 구형 압입자를 이용한 천이 크리프 해석을 확장, 자기 유사성을 갖는 원뿔형 압입자에 적용했다. 천이 크리프 특성을 유한요소해석을 통해 분석하여 정리하였으며, 구형 및 원뿔형 압입시험의 천이 특성을 비교했다. 또한 재료의 탄성변형률, 압입자 형상, 압입접촉면적, 대표 변형률 등 기존 평가법들에서 정량적으로 잘 고려되지 못하고 있는 부분들을 살펴보고 그 해결방안을 제시했다.

• 대한기계학회논문집A
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• 제36권9호
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• pp.1081-1086
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• 2012

본 논문에서는 품질 검사 방법론이 적용된 계장화 압입시험을 수행하여 점용접부의 경도를 평가하였다. 먼저 정상 및 불량 용접조건하에서 제작된 점용접 샘플에 대해 로크웰 경도 및 계장화 압입시험을 실시하였다. 계장화 압입시험을 통해 구한 압입하중-변위선도를 이용하여 계산된 경도를, 동일한 조건의 동일위치에 대한 압입경도시험을 통하여 측정된 로크웰 경도와 확률론적 방법론을 이용하여 비교평가 하였다. 또한 계장화 압입시험을 통하여 추정한 경도 및 이에 대한 확률론적 해석을 수행하여 점용접부의 신뢰성 기반 품질 관리 기준 설정 가능성을 평가하였다.

• Composites Research
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• 제22권2호
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• pp.24-29
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• 2009

본 연구에서는 알루미늄 허니컴 코어와 카본 면재가 적용된 샌드위치 복합재 구조에 대해 준정적 압입 손상 이후의 잔류 강도 평가에 대한 연구를 수행하였다. 3점 굽힘 시험과 압축 시험을 통해 시편의 강도를 확인하고 시편에 손상을 모사하기 위하여 준정적 압입 손상을 가하였다. 손상된 시편을 손상 전 시편과 동일한 시험을 통해 손상 전의 강도와 비교하였다. 압입 손상 이후 압축 강도와 굽힘 강도는 압입 깊이의 증가에 따라 강도가 감소하였고 손상 단계에 따른 잔류 강도 정도를 확인하였다.

• 한국재료학회:학술대회논문집
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• 한국재료학회 2003년도 춘계학술발표강연 및 논문개요집
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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.

• 비파괴검사학회지
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• 제26권5호
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• pp.306-314
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• 2006

가동 중인 설비 및 대형 구조물은 장시간 사용, 고온 환경 및 반복되는 하중 등의 영향으로 설비재료의 교체 및 유지 보수가 요구된다. 이때 설비의 기계적 특성을 평가하는 것은 필수 불가결한 요소 이지만 대부분의 물성평가방법이 파괴적이기 때문에 가동 중인 설비에 직접 적용하는 것은 상당한 어려움이 따른다. 그러나 계장화 압입시험법은 다양한 기계적인 특성을 비파괴적으로 측정하는 최신기술로서 재료에 하중 인가 및 제거 과정 중 하중과 변위를 연속적으로 측정하여 획득된 압입하중-변위곡선의 분석을 통해 유동물성, 잔류응력, 파괴인성 등의 기계적 특성을 평가 할 수 있다. 본 연구에서는 계장화 압입시험을 이용하여 철강재료 및 용접부 유동물성과 잔류응력을 정량적으로 평가하였다. 계장화 압입시험 시 발생하는 압입자 하부의 응력 상태를 고려하여 유동응력과 변형률을 정의하고, 이를 최적화된 응력-변형률 구성방정식을 통해 유동곡선 및 항복강도, 인장강도 등의 유동물성을 평가 하였다. 계장화 압입시험을 이용하여 잔류응력을 측정하기 위해 소성변형과 직접 관련된 편차 응력 성분만으로 압입변형과 잔류응력 간의 상호작용을 분석하여 잔류응력 모델을 정의하였다. 측정된 유동물성은 일축인장시험의 결과를 통해 그 정확성을 검증하였고, 잔류응력은 홀-드릴링, 절단법 및 ED-XRD 시험과 비교하여 그 모델을 검증하였다.

• 비파괴검사학회지
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• 제24권2호
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• pp.158-162
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• 2004

발전설비에서 용접 구조물의 신뢰성은 매우 중요하며, 구조물 신뢰성평가를 위해서는 재료물성의 정확한 평가에 근거되어야 한다. 발전설비의 건설중 용접부의 물성평가는 실제 용접부에서의 파괴시험이 어려우므로 현장 용접부와 유사하게 용접, 시험한 결과인 PQR(Procedure Qualification Record)에 의해서만 보증을 하고 있다. 이런 문제점을 해결하기 위하여 현장 용접부에 대하여 비파괴적으로 기계물성 측정이 가능한 연속압입시험법을 적용하였다. 연속압입시험법은 압입시 압입하중-깊이를 측정하여 항복강도, 인장강도 그리고 가공경화지수와 같은 기계적 특성들의 분석이 가능한 시험법으로, 화력 발전소 건설 및 운전중 주증기관과 재열증기관의 기계인장물성을 평가하기 위하여 적용하였다.