• 한국전산구조공학회논문집
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• 제22권4호
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• pp.363-370
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• 2009

본 논문에서는 비선형 유한요소해석 기법을 이용하여 API-X80 강재 라인파이프의 대변형 비선형 거동을 모사하였다. 강재의 구성방정식을 작성하기 위해 GTN(Gurson-Tvergaard-Needleman) 모델을 사용하였다. 대변형 해석을 위해 범용 유한요소해석 프로그램인 ABAQUS과 연계해서 사용할 수 있는 사용자 서브루틴(User Subroutine)의 사용자 재료모델(UMAT)을 개발하였다. 유한요소해석 결과와 일축인장실험의 결과와의 비교를 통해 GTN 모델에서 사용되는 재료모델상수를 도출하였다. 도출된 모델상수를 이용해 API-X80 강재 라인파이프의 소성 좌굴변형해석을 실시하여 실험결과와 비교하였고 소성 좌굴변형에서 발생하는 거동 특성을 성공적으로 모사하였다.

• 대한토목학회논문집
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• 제36권6호
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• pp.979-990
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• 2016

본 연구는 변형률 기반 설계를 위해 개발된 X80 라인파이프의 인장 변형성능을 검증하기 위해 금속의 비선형 거동을 해석할 수 있는 대표적 경험적인 모델인 GTN (Gurson-Tvergaard-Needleman) 모델을 이용한 비선형 유한요소 해석기법을 제시한다. GTN 모델은 재하과정중 금속 내부에서 발생하는 공극의 생성, 성장, 합체에 대한 모델링을 통해 재료의 손상거동을 묘사하는데, 본 연구에서는 GTN 모델에 대한 사용자 정의 재료모델을 작성하고 상용 유한요소해석 프로그램인 ABAQUS에 연동시켜 강재의 비선형 손상거동을 해석하였다. 비선형 손상해석을 위한 모재와 용접용 재료의 재료상수는 원형봉과 전두께 시편에 대한 인장시험 결과를 수치모사하여 결정하였으며, 결정된 재료상수를 이용하여 SENT (Single Edge Notch Tension) 시험과 CWPT (Curved Wide Plate Test)를 수치모사하였다. 수치해석 결과로부터 인장 변형성능을 산정하고 이를 시험결과 및 기존의 경험공식과 비교한 결과 본 연구에서 개발한 수치기법이 X80 라인파이프 부재의 인장 변형성능을 신뢰도 높게 평가하는 것을 확인하였으며, 결과적으로 변형률 기반 설계에 효과적으로 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

• 한국전산구조공학회:학술대회논문집
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• 한국전산구조공학회 2009년도 정기 학술대회
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• pp.375-378
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• 2009

본 논문에서는 API X80 강의 대변형 비선형 거동을 모사하기 위해 비선형 유한요소해석을 수행하였다. 고강도 강재의 거동을 모사하기 위해 GTN(Gurson-Tvergaad-Needleman) 모델을 사용하였으며, 비선형 해석을 위해 범용 유한요소해석 프로그램인 ABAQUS와 User Subroutine의 사용자 재료모델(UMAT)을 연계하여 사용하였다. 해석결과와 인장실험의 결과와의 비교를 통해 GTN 모델에서 사용되는 재료모델 상수를 도출하였고, 도출된 값들은 개발된 사용자 재료모델과 함께 API X80 강의 각종 실험을 모사하고 대변형 상황의 강재 파이프의 거동을 분석하는데 유용하게 사용될 수 있다.

• 대한기계학회:학술대회논문집
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• 대한기계학회 2007년도 춘계학술대회A
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• pp.1696-1701
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• 2007

This paper presents a micro-mechanical model of ductile fracture for the API X65 steel using the Gurson-Tvergaard-Needleman (GTN) model. Experimental tests and FE damage simulations using the GTN model are performed for smooth and notched tensile bars, from which the parameters in the GTN model are calibrated. As application, the developed GTN model is applied to simulate small-sized, single-edge-cracked tensile and bend bars, via three-dimensional FE damage analyses. Comparison of FE damage analysis results with experimental test data shows overall good agreements.

• 한국전산구조공학회:학술대회논문집
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• 한국전산구조공학회 2010년도 정기 학술대회
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• pp.613-616
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• 2010

본 논문에서는 라인파이프 강관의 압축-휨 좌굴 성능 평가 기법을 개발하기 위해 비선형 유한요소해석을 사용하였다. 고강도 강재의 연성거동을 모사하기 위해 범용 유한요소해석 프로그램인 ABAQUS의 사용자 재료모델을 사용하여 GTN(Gurson-Tvergaad-Needleman) 모델을 작성하였다. 실험결과와의 비교를 통해 재료모델상수를 결정하였으며 압축-휨 좌굴 실험의 모사에 사용하였다. 압축-휨 좌굴 성능 평가는 비선형 유한요소해석의 결과로부터 얻어진 한계압축변형률과 최대휨모멘트를 기준으로 수행될 수 있다. 개발된 성능 평가 기법은 고강도 강재를 이용한 라인파이프의 설계 시 대변형 거동 분석에 유용하게 사용될 수 있다.

• 대한조선학회논문집
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• 제45권2호
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• pp.157-167
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• 2008

Six smooth flat tensile specimens and eighteen punch specimens with three different thicknesses were machined from steel of JIS G3131 SPHC. In addition to punch tests, incremental tensile tests were conducted to obtain average true flow stress - logarithmic true strain curves. Through parametric FE simulations for the tensile specimens, material parameters related to GTN model were identified. Using indenters with three kinds of radius, punch tests were carried out to obtain fracture characteristics of punch specimens. Numerical analyses using both fracture models, GTN and $J_2$ plasticity model, gave that the former estimated well the fracture of punch specimen but the latter did not. A new concept for critical size of plate elements was introduced based on minimum relative sharpness between contact structures. Consequently, a new criterion for critical element size was proposed to be less than 20% of minimum relative radius of interacting structures.

• 한국전산구조공학회논문집
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• 제22권6호
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• pp.541-548
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• 2009

본 논문은 샤르피 충격실험과 유한요소법를 이용하여 노치위치에 따른 파괴거동과 흡수에너지의 영향을 평가하였다. 본 연구자는 쉴드메탈아크 용접방법으로 두께가 25mm인 압력용기용강(SA-516 Gr. 70)을 용접하였고, 이 용접된 평판으로 샤르피 시편을 제작하였다. 샤르피 충격실험에서는 용접열영향부(HAZ)에서 노치위치가 다른 시편이 사용되었다. 그리고 본 연구자는 유한요소법을 이용하여 샤르피 충격실험에서의 균열진전을 모사하였다. 용접열영향부(HAZ)의 기계적 물성을 유한요소해석에 적용하기 위해 HAZ를 2개 영역, 3개 영역 그리고 4개 영역으로 나누었다. 본 연구결과에서는 샤르피 충격실험의 흡수에너지가 노치위치에 의존적이라는 것을 보여주었다. 또한 샤르피 용접시편에서 신뢰성 있는 유한요소해석 결과를 얻기 위해서는 용접열영향부를 적어도 3개 이상의 영역으로 나누어야 한다는 결과를 얻었다.

• 대한기계학회:학술대회논문집
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• 대한기계학회 2004년도 추계학술대회
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• pp.49-54
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• 2004

Several cell models, so-called local approach, have been proposed as engineering approaches to numerically simulate ductile fracture characteristics. In this paper, two- and three-dimensional finite element analyses incorporating both modified GTN and Rousselier models were carried out. Smooth and notched bars and CT25 specimens were assessed for StE460 and DIN22NiMoCr37 materials which were quoted from previous researches. Micro-mechanical parameters used in the assessment were established by fitting the numerical results with the experiments, and J-R curves derived from the simulations were found to be in good agreement with the corresponding experimental results.

• 대한기계학회논문집A
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• 제30권4호
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• pp.393-401
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• 2006

The influences of stress triaxiality on ductile fracture have been investigated for various specimens and structures. With respect to a transferability issue, recently, the interests on local approaches reflecting micromechanical specifics are increased again due to rapid progress of computational environments. In this paper, the applicability of the local approaches has been examined through a series of finite element analyses incorporating modified GTN and Rousselier models as well as fracture toughness tests. The ductile crack growth of nuclear carbon steels is assessed to verify the transferability among compact tension (CT) specimens with different in-plane size. At first, the basic material constants were calibrated for standard CT specimens and used to predict fracture resistance (J-R) curves of larger CT specimens. Then, the in-plane size effects were examined by comparing the numerically estimated J-R curves with the experimentally determined ones. The assessment results showed that the in-plane size effect should be considered for realistic engineering application and the damage models might be used as useful tool for ductile fracture evaluation.

• 한국정밀공학회지
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• 제23권4호
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• pp.116-123
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• 2006

During the last two decades, many researchers investigated influences of stress triaxiality on ductile fracture for various specimens and structures. With respect to a transferability issue, the local approach reflecting micro-mechanical specifics is one of effective methods to predict constraint effects. In this paper, the applicability of the local approach was examined through a series of finite element analyses incorporating modified GTN (Gurson-Tvergaard-Needleman) and Rousselier models as well as fracture toughness tests. To achieve this goal, fracture resistance (J-R) curves of several types of compact tension (CT) specimens with various crack length, with various thickness and with/without 20% side- grooves were estimated. Then. the constraint effects were examined by comparing the numerically estimated J-R curves with experimentally determined ones. The assessment results showed that the damage models might be used as useful tool for fracture toughness estimation and both the crack length and thickness effects should be considered for realistic structural integrity evaluation.