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파괴인성 측정(measurement)법

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작성일18-04-17 01:31

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시험자는 P5를 결정하기 위하여 5%의 시컨트 선(secant line, 원점에서 초기의 탄성하중 기울기의 95%에 해당하는 기울기를 가짐)을 그려야 한다. 타입Ⅰ 곡선에 대하여, PQ〓P5이다. 이 시험편들의 피로예비균열은 폭에 대한 균열 길이의 비()가 0.45에서 0.55 사이의 값을 가지도록 삽입된다. 시험편에 예기치 않은 파손이 일어나지 않도록 하기 위하여, 피로 시험 동안의 최대 응력확대계수 Kmax는 항상 KIc보다 작아야 한다.

◎ KIc시험(KIc TESTING)

재료가 시험편 치수에 비하여 작은 소성영역을 나타내고 파단 전까지 선형 탄성 거동을 할 때, 응력확대계수의 임계값 KIc는 적절한 파괴 매개변수가 된다.
ASTM E 399에 따르면 피로예비균열 삽입의 초기단계에서는 한 사이클에서의 응력확대계수의 최대값이 0.8KIc보다 작아야 한다.
예비균열이 삽입된 시험편에 파단까지 하중이 부하될 동안 하중과 변위가 측정(測定) 된다.
시험편 크기에 대한 엄격한 조건 때문에 ASTM E 399는 시험자가 적절한 시험편의 치수를 결정하기 위하여 미리 그 타당성을 검토할 것을 추천하였다. [그림1]은 세 가지 형태의 하중?변위 곡선을 나타낸 것이다. 또한 피로예비균열이 최종 길이까지 진전했을 때의 값은 0.6KIc보다 작아야 한다. 이러한 경우 PQ〓Pmax이다. 균열 길이는 두께 방향에 따라 변화하는 경향을 보이므로, 균등하게 나
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다. 이러한 비선형성은 소성변형, 비임계 균열성장 또는 두 가지 모두에 기인한다. 임계하중(PQ)은곡선의 형태에 따라 여러 가지 방법 중 하나로 definition 된다. 그러므로 시험편은 a, B 및 W-a가 근사적으로 동일하게 설계되어 있다아 시험편을 이와 같이 설계하면 시험편의 모든 치수는 소성영역에 비해 매우 크므로 재료의 효율적인 이용이 가능하다. 시험자의 기술이 아무리 뛰어나더라도 파단시에 소성영역이 너무 크면, 타당한 KIc값을 얻는 것은 불가능하다. 하중과 변위를 측정(測定) 하기 위한 기본적인 기기들은 모든 파괴역학 시험에서 거의 동일하지만, 어떤 시험에서는 균열성장을 관찰하기 위한 별도의 기기들이 필요하다.
현재 ASTM E 399에서는 컴팩트, SENB, 호형, 원판형 시험편의 네 가지 형상의 시험편 사용을 추천하고 있다아 KIc 시험을 위한 시험편들은 보통 폭 W가 두께 B의 2배가 되도록 제작된다.


[그림1] 하중-변위 거동의 세 가지 형태(KIc 시험)

균열 길이는 파면으로부터 측정(測定) 되어야 한다. 피로하중에 대한 요구 조건들이 각각의 표준에 따라 서로 다름에도 불구하고, 모든 경우에서 시험편에 피로균열을 삽입하여야 한다.
대부분의 표준화된 기계적 시험들(파괴인성과 그 외의 시험들)은 표준에서 명시된 모든 과정들을 따르면 타당한 시험결과를 얻게 된다. 타입Ⅲ의 거동을 나타내는 시험편은 5%의 비선형성을 나타내기 전에 완전히 파손됨을 보여준다. 이들 재료의 자료(data)가 없을 경우를 대비하여, ASTM 표준에서는 여러 강도값에 대하여 추천된 두께를 표로 제공하고 있는데 사용 가능한 자료(data)가 없을 경우에만 이용되어야 한다. 그런데 시험자의 잘못이 없음에도 불구하고 KIc 시험에서 종종 타당성 없는 결과가 얻어지기도 한다. 타입Ⅱ에서는 곡선이 5% 시컨트 선으로부터 벗어나기 전에 약간의 불안정 균열성장(pop-in)이 일어난다. 유효한 KIc값을 얻기 위하여 요구되는 시험편 크기는 다음과 같다.
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레포트/공학기술

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KIc시험(KIc TESTING)
정성적 인성 시험(QUALITATIVE TOUGHNESS TESTS)
․Charpy와 Izod 충격 시험(Charpy and Izod Impact Test)
하중낙하 시험(D-rop Weight Test)
하중낙하와 동적 찢어짐 시험(D-rop Weigh Tear and Dynamic Tear Tests)
금속에 대한 J 시험(J TESTING OF METALS)
CTOD 시험(CTOD TESTING)
취성재료에 대한 굽힘시험
CT시험

모든 파괴인성 시험들은 사실상 몇 가지 공통적인 특징을 가지고 있다아 각각의 표준에서 시험편의 형상은 서로 유사하며, 재료의 대칭 방향에 대한 시험편의 채취방향은 항상 중요하게 고려되어야 할 사항이다. 타입Ⅰ 거동의 경우 하중-변위 곡선은 매끄러운 모양을 보이며, 최종 파손을 일으키는 Pmax 이전에 선형 상태에서 약간 벗어난다.

B,a ≥ …(투비컨티뉴드 ) 2.5()2 0.45≤≤0.55

요구되는 시험편의 치수를 결정하기 위하여, 시험자는 사용될 재료의 예상되는 KIc 값을 대략적으로 평가해야 한다. 이 경우 임계하중 PQ는 pop-in의 하중으로 definition 된다.

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