수압파쇄기술은 가스나 석유, 지열 등 자원추출을 하기 위해 다양한 분야에서 전세계적으로 응용되고 있는 기술이다. 이러한 수압파쇄 작업 시 복수의 균열이 필수적으로 발생하여 균열간 기계적인 상호작용을 유발하는데 이러한 상호작용은 수압파쇄시 얻어질 수 있는 결과(균열 폭, 균열 길이, 보어홀 내 압력)에 큰 영향을 끼치게 된다. 수치해석기법인 경계병치법은 이러한 균열간의 역학적 상호작용을 고려하는데 유효한 수치해석적 기법으로 개발이 되고 있으나 응력확대계수를 계산하는 해석식과의 비교 등을 통한 검증이 필요하다. 이를 위해 무한평면에 일축 인장 응력과 전단응력이 작용하는 단일균열의 경우 및 임의의 두 균열이 존재하는 경우의 응력확대계수 및 균열폭 해석식과 본 수치해석기법을 통해 얻은 값을 비교하였다. 그 결과, 본 연구에서 제시한 경계병치법은 해석식과 상당히 근접한 결과를 나타내어, 균열간의 기계적인 상호작용을 고려하는데 유효함을 검증하였으며, 추후 수압파쇄 시 설계에 필요한 균열폭 등의 변수를 계산하는데 사용할 수 있음을 나타내었다.
The objective of this paper is to investigate the effect of residual stresses on the $\Delta$K$\sub$th/ and fatigue crack growth behavior of butt weldments. For this purpose, transverse butt sutmerged arc welding was performed on SM50A steel plate and CT(compact tension) specimens which loading direction is perpendicular to weld bead were selected. Welding residual stresses distribution on the specimen was determined by hole drilling method. The case of crack located parallel to weld bead, the states of as weld and PWHT, $\Delta$K$\sub$th/ of specimens(HAZ, weld zone) was higher than that of the base metal probably because of the compressive residual stresses of crack tip. In low $\Delta$K region, it is estimated that the effects of residual stresses for da/dN are great. In region II, the da/dN of weldments in as weld state was lower than that of the base metal. Though da/dN of Weldments in PWHT state was similar to that of the base metal. The constant of power law, m in two states consisted with the base metal. Therefore , it is estimated that the value of m is not affected by residual stresses. Fatigue crack growth behavior of weldments consisted with the base metal considering the effective stress intensity factor range($\Delta$K$\sub$eff/) included the effect of initial residual stress(Kres). Thus, we can predict the fatigue crack growth behavior of weldment by knowing the distribution of initial residual stress at the crack tip.
To obtain representative fatigue crack growth characteristic curve in residual stress field, fatigue crack growth test was carried out at various stress ratio and fatigue crack growth characteristic curve was represented using crack closure concept. Obtained results are as follows;K(sub)op/K(sub)max was independent of K(sub)max when R was lower than 0.5 and crack closure phenomenon was not observed when R is higher than 0.5. therefore neglecting crack closure behaviour, actual fatigue crack growth rate can be underestimated. Thus, considering crack closure phenomenon, fatigue crack growth characteristics curve of A 106 Gr B Steel weldment can be effectively estimated.
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.
본 논문에서는 작은 인공결함을 가진 표면균열의 진전거동을 밝히기 위하여 용접성이 좋고 강도도 적당하며 내식성이 좋아 해양구호무재 및 용접구호물재로서 널 리 사용되는 5083-H113 알루미늄합금을 준비하고 이재료의 피로표면균열 진전거동에 미치는 응력비의 영향을 균열닫힘과 함께 검토하였다.
To examine the effect of acid fog on the corrosion fatigue behavior in structural steel, fatigue tests under acid fog atmosphere were carried out in comparison with distilled water. The corrosive c omponents contained in acid fog pile up the corrosion products on crack face and show a crack branching and crack tip blunting. Therefore, due to these workings crack growth rate was reduced by decreasing the effective stress range in crack tip rather than under distilled water. Also the effect of sulfuric acid, which is the main component of acid fog, and testing speed on fatigue crack growth were examined. It was found that corrosion behavior was remarkably dependent upon pH and Hz rather than components of acid fog. According as pH and testing speed decrease below a specific value, crack growth was accelerated in comparison with distilled water. This reveals that due to liquid having strong acidity and slow speed of test the crack face dissolution was promoted, so crack closure was disturbed in the process of stress descent.
구조설계기준에서, 슬래브의 최대 펀칭전단응력은 연직하중에 의한 직접전단과 불균형모멘트에 의한 편심전단의 조합응력으로 규정하고 있다. 이것은 슬래브에 작용하는 펀칭전단응력에 불균형모멘트의 영향을 반영한 것이다. 그러나 부재의 저항성능 즉 펀칭전단강도에는 슬래브의 불균형모멘트강도 영향을 전혀 고려하고 있지 않다. 본 논문에서는 이를 위하여 펀칭전단-불균형모멘트 상관모델을 제시하고 이를 2차원으로 표현하였다. 상관모델을 통하여, 슬래브의 펀칭전단강도를 결정하는데 있어 불균형 모멘트강도를 어떻게 반영할 것인지에 대한 방안을 제시하였으며 전단보강재가 불균형모멘트강도에 미치는 영향을 분석하고 이를 구조설계에 반영하기 위한 유효폭확대계수의 적용을 제안하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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