재료역학 - 응력 집중 계수 측정(Measurement stress concentration factor)

소개글

재료역학 - 응력 집중 계수 측정(Measurement stress concentration factor)에 대한 보고서 자료입니다.

목차

Contents
1.실험목적 3

2.실험관련이론 3
2.1 응력 (Stress) 3
2.2 변형률 (Starin) 4
2.3 응력 집중 (Stress Concentration) 4
2.4 응력집중계수 (Stress Concentration Fator) 5-6
2.4.1 재료의 파괴 7
2.5 Measurement of stress concentration 8
2.5.1 대표적인 응력의 종류 8
2.5.2 용접구조물에 대한 선급별 적용응력 산정법 9-12
2.6 Strain gage 13-19

3.실험장비 19
3.1 UTM (Universal Testing Machine, 만능 재료 시험기) 19
3.2 Strain gage 20
3.3 시편 21

4.실험순서 21

5.실험결과 22
5.1 구간별 응력 값 22
5.2 BV ( Bureau Veritas : 프랑스 선급 ) 23-24
5.3 DNV ( Det Norske Veritas : 노르웨이 선급 ) 24
5.4 LR ( Lloyd\'s Register of Shipping : 영국 선급 ) 25
5.5 IIW 응력 산정법 25-26
5.6 데이터 정리 27
5.7응력 집중계수 27-28

6.결론 및 고찰 28-31

7.참고문헌 32

본문내용

2.4.1 재료의 파괴
파괴(fracture)는 고체의 재료나 구조물이 그 재료가 견딜 수 있는 응력이상으로 힘을 받을 때 둘 이상으로 재료가 분리되는 현상을 말한다. 비행기의 추락, 건물과 교량의 붕괴 등 실제 생활에서의 갑작스러운 사고들의 대부분은 재료의 파괴적 성질과 매우 깊은 관련이 있으며 예고 없이 발생하기 때문에 필연적으로 인명과 재산의 큰 피해를 수반하게 된다. 그래서 이러한 재난을 피하기 위해서는 보다 주의 깊은 설계와 적정한 재료의 선택, 그리고 정기적으로 재료의 결함을 관찰하여 파괴에 대한 예측과 평가를 수행해야 하는 것이다.
파괴는 이미 재료에 존재하는 결함이나 취약부로부터 생성되는 균열의 발생과정과 균열의 전파과정 그리고 최종파괴과정으로 이루어져 있으며 파괴될 때 수반되는 소성변형의 정도에 따라 연성파괴(ductile fracture)와 취성파괴(brittle fracture)로 분류할 수 있다. 연성파괴는 균열의 발생과 전파과정에서 상당한 소성변형이 일어나며 파괴된 면의 관찰에서도 쉽게 소성변형의 정도를 알 수 있다.
대부분의 금속재료는 연성파괴방식으로 파괴되는 대표적인 재료이다. 취성파괴는 균열의 발생과 전파 시에 소성변형이 거의 수반되지 않고 균열의 전파속도가 빠르기 때문에 예측하기 힘들며 대형사고의 원인이 된다. 유리와 세라믹과 같은 재료들이 취성파괴를 일으키는 대표적인 재료이다.
파괴는 재료공학적인 관점에서 미세조직의 결정립계를 따라 파괴되는 입계파괴(intergranular fracture)와 결정립 내부를 관통하여 파괴가 일어나는 입내파괴(transgranular fracture)로 분류할 수도 있다. 또한 파괴되는 온도에 따라서 고온파괴와 저온파괴, 가해지는 하중의 속도에 따라서 동적파괴와 정적파괴 등으로 분류할 수도 있다.
∴실험과 계산을 통해 구한 응력 집중 계수를 이용하여 재료의 파괴를 방지하는 데 이용 할 수 있다.
2.5 Measurement of stress concentration
2.5.1 대표적인 응력의 종류
1) Nominal Stress (공칭응력)
일반적으로 보 이론에서 나오는 일반적인 응력을 말하며 구멍이나 홈, 띠형상 같은 기하학적인 불연속의 영향을 고려하지 않고 시편의 초기 단면적을 기준으로 계산된 응력을 말한다. 또한 공칭응력은 구조물의 기하학적 형상에 무관하다. 하지만 공칭응력은 하중의 종류에 따라 그 값이 다르며, 복잡한 구조물에서는 피로설계의 적용이 어렵다.
2) Geometric stress (Hot-spot stress, 기하학적응력)
Weld profile 자체로 인해 발생하는 응력을 제외하고 구조물의 상세부분에 영향을 끼치는 모든 응력을 말한다. FEM 해석을 통해 mesh 크기나 element 타입을 조정하여 수치적으로 구할 수 있다. Nominal stress의 적용에는 각각의 joint type에 따른 여러 개의 S-N curve가 필요하지만 Hotspot stress의 적용에는 오직 하나의 S-N curve가 필요하다. 기하학적 응력은 Linear extrapolation(선형 외삽)을 통해 weld toe에서 산정되는 것이 바람직하지만 실제 조선분야에서 적용될 경우 구조부재 간의 교차점까지 외삽하는 것이 일반적으로 추천된다. 선급에 따라 기하학적 응력을 정하는 방식이 각각 다르기 때문에 제시하는 S-N curve도 각각 다른 값을 보여준다.

키워드

응력 집중 계수 측정,   실험,   이론