구조물의 취성파괴에 대한 역학적 평가법으로 응력세기계수를 이용 취성균열 발생과 전파정지의 관점에서 설명하여라

 구조물의 취성파괴에 대한 역학적 평가법으로 K값(stress intensity Factor : 응력세기계수)을 이용하고 있다. 이 값을 취성균열 발생과 전파정지의 관점에서 설명하여라

 

 노치선단에서 취성균열이 발생하여 그것이 전파하거나 전파하지 못하는지의 판정에 있어 그리프스. 오르완 조건식이 유명하다.

  지금 균일한 응력에서 상하로 인장되어 있는 넓은 강판 내에서 폭 2a의 날카로운 취성균열이 발생하며, 더욱이 외력의 작용없이 균열이 전파할 수 있으려면 에너지 법칙상

              σ≧√2SE/πa

              (S : 단위 길이당 파면을 만드는데 필요한 표면 소성율,  E : 영율 )

가 되어야 한다. 이 식은 그리피스. 오르완 조건 식이고 이것을 바꾸어 쓰면

           K ≡σ(πσ)^½ ≧ (2SE)^½ ≡ Kc

  즉, 좌변의 역학량(응력확대계수: K)이 우변의 재질 값(한계응력확대계수 : Kc)이상으로 증가하면 취성균열이 발생하여 전파할 수 있다.

  (K≥Kc 경우)균일한 무한 판에서는 한 번 취성균열이 발생하여 응력이 증가하여 식 ②가 성립하므로 균열은 무한히 뺏어나가는 것으로 불안정 파괴라 한다. 실험에 의하면 Kc값은 재질(화학성분과 마이크로 조직)에 의해 결정되고 또 시험판 두께가 클수록, 시험온도가 낮을수록 작아진다.

  * 용접구조설계, 대광, p321

  그리프스. 오르완 이론은 균열의 발생, 전파할 때에 발생, 전파할 때에 발생하는 탄성변형 에너지를 생각한  에너지론적 입자의 이론이다.

  σ(πσ)^½ ≧ (2SE)^{½  .......................................①}

  그림과 같이 균열길이의 평방 근과 파괴응력의 곱이 일정하기 때문에 균열길이가 크게 되면 취성파괴의 발생응력은 작게되어 파괴가 일어나기 쉽게 된다.

  응력세기계수(K ; 이음의 구속도)를 파괴의 파라미터로 취한 것을 어윈이 제안했는데 K는 외력에 의한 응력, 균열길이 2C의 노치를 포함하는 무한 폭의 판에 일정한 인장응력σ가 작용하는 경우 균열선단의 K값은

          K ≡σ(πσ)^½ ≧ (2SE)^½

  최근 취성파괴의 발생과 전파정지로 구분하여 설명하고 있다.

 깊은 노치시험은 취성파괴의 발생에 관계되는 것이고, 이중 인장시험, 에소시험은 균열전파정지에 관계되는 것이다.

  설계기준으로 균열전파정지를 중시하는 것은 구조물에 있어서는 안전하게 되지만 경제적으로 고가이며, 파괴 발생방지만을 중시하는 것은 경제적으로 유리하나 구조물에 있어서는 위험하다고 본다.

 종래 강재에 대한 인성치의 요구는 경험에서 유추에 의한 사용온도에서의 V notch Sharpy 시험의 충격치에 의하는 일이 많았으나 최근의 파괴역학의 발전은 대형 시험기의 보급에 따라 사용조건에서 요구되는 파괴인성치를 앞에서 기술한 것과 같이 이론과 실험에 기초를 두어 명확히 규정하는 방향으로 되고 있다.