재료강도학 과제-파괴거동

목차

1. Why we study the fracture mechanics?

2. 연성파괴와 취성파괴의 균열 전파기구에 대하여 조사하고, 또한 파단면 사진을 몇 개 제시하라.

3. 취성재료의 강도가 이론적으로 산출한 강도보다 작은 이유

4. 가장 최근의 평면변형률파괴인성 시험규격(ASTM)을 첨부하고, 측정법을 간단히 요약 정리하라.

5. Griffith 모델에서 응력확대계수란 무엇이며, Irwin의 에너지 해방율(G)과의 관계에 대하여 설명하여라.

본문내용

서, 이방성이 있는 판에서 모드 I 부하 하에서도 균열이 똑바로 전파하지 않도록 고안한 경우에는 위식을 사용할 수 없게 된다. 또한 식에 의해 균열진전의 구동력이 되는 Gmax는, 선형파괴역학이 유효한 한 손상역의 크기나 형성양식에 의존하지 않는 것을 알 수 있다. 즉, 손상역이 전위에 의한 것인가, 미소균열에 의한 것인가에 의존하지 않는다는 것이다. 이것이 에너지 평형론의 우수한 점이다. 균열선단근방의 어느 범위내의 응력장을 대상으로 하는 규준이라는 것 때문에 global한 파괴규준이라고도 일컬어진다. 한편, 균열전파에 필요한 에너지라함은, 균열이 진전할 때까지 균열선단손상역의 형성에 소비되는 에너지라고 생각할 수 있으므로, 단위균열면 당 파괴에너지를 라 하면, 단위균열길이 당 파괴에너지, 즉 파괴에너지율 R은 로 나타낼 수 있다. 따라서, 모드 I 부하에 의해 균열이 직진할 때의 에너지 평형은 식과 R식에 의해 다음과 같이 된다.
이를 Griffith-Irwin의 에너지평형식이라 한다. 이로부터
이라는 관계를 얻을 수 있다. 위 식으로부터 인성은 재료의 탄성정수 (E, υ)과 균열면의 단위면적당 파괴에너지에 의해 나타낼 수 있다는 것, 따라서 도 또한 재료물성이 되는 것을 이해할 수 있다. 즉, 실험에 의해 구할 수 있는 인성값 는 응력확대계수의 임계값이라는 것만이 아닌, 식에 의해 물성값이라는 것이 보증되는 것이다.
최대에너지해방율 Gmax와 그 임계값 Gc, 및 파괴에너지율 와 원방응력의 임계값과의 관계를 아래 그래프에 나타내었다. 이것으로부터Gmax가 에 달하였을 때에 균열이 전파한다는 것, 그리고 Griffith의 에너지평형식은 균열선단의 비선형성에 의존하지 않는다는 것을 다시금 이해 할 수 있다.
그래프에서는 에너지해방율이 최대가 되지않을 때의 에너지 평형에 대해서도 나타내었다. 여기에서 G는 균열이 모드 I 부하 하에서도 어떠한 구속에 의해 균열이 임의의 방향으로 전파할 때의 에너지 해방율이며, *는 그때의 파괴에너지율이다. 이때, 균열 진전개시때는 모드 I과 모드 II의 혼합모드상태가 되는 것으로부터 파괴에너지율은 보다도 크게 된다. 여기에서, 길이의 균열이 있고, 라고 나타낼 때, 즉 균열길이에 대해 무한평판 이라고 가정할 수 있는 시험편의 강도 는, 식과 식에 의해
로 나타낼 수 있다. 위식은 선형파괴역학의 적용범위 내에 있어서 강도는 균열길이의 관수가 되는 것을 나타내고 있다.

키워드

재료,   연성파괴,   취성파괴,   균열 전파기구