재료의 균열진전 해석을 위한 응집요소의 개발
A study on cohesive element for the analysis of crack growth in materials
- 주제(키워드) 응집요소 , 균열진전
- 발행기관 서울산업대학교 NID융합기술대학원
- 지도교수 김현규
- 발행년도 2010
- 학위수여년월 2010. 2
- 학위명 석사
- 학과 NID융합기술대학원 나도IT융합프로그램
- 세부전공 나노마이크로기계시스템 전공
- 원문페이지 iv, 43 p.
- 실제URI http://www.dcollection.net/handler/snut/000000579500
- 본문언어 한국어
- 저작권 서울산업대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
초록/요약
본 연구에서는 모드 I 파괴 실험으로부터 재료의 균열 진전 특성인 균열 저항 곡선(crack resistance curve) 등의 파괴 특성을 응집요소를 사용한 전산해석으로 구현하는 방법을 제기하고자 한다. 유한요소 모델에서 균열 진전이 예상되는 영역에 응집요소를 적용하였으며 균열의 진전 모사를 수행하였다. 이와 같은 연구는 기존에 Feih 등에 의해 진행되어 본 바 있으나, 응집 법칙(cohesive law)의 정의에 있어서 수렴성의 한계, 근사함수의 불연속성 등을 보완할 필요성이 있다. 응집 법칙을 개발하는데 초기 균열 생성과 진전 에너지를 나타내면서 수치해석의 어려움이 없는 방법이 요구되게 된다. 본 연구에서는 지수함수와 3차 다항식 등을 도입하여 새로운 응집 법칙을 제안하였으며, 상용 프로그램인 ABAQUS의 사용자 정의 서브루틴 UEL을 이용하여 응집영역 모델을 유한요소 해석에 적용하였고, 이를 이용하여 모드 I의 하중 조건에 대한 파괴 해석을 수행하였다. 실제 실험에 사용한 동일한 변위의 모델을 대칭 모델을 사용하여 균열의 진전을 시뮬레이션 하였고, ABAQUS의 사용자 정의 서브루틴을 정의하였다. 또한 외부 하중에 의한 균열의 진전을 모사하기 위하여 균열 진전 경로를 따라 응집요소(cohesive element)를 배치하였으며 8절점 감소적분의 CPS8 요소를 사용하여 해석을 진행하였다. 결과적으로 기존의 응집 법칙의 한계를 보완하고 수렴성이 강화된 새로운 응집 법칙을 사용함으로써 보다 더 효과적으로 재료의 균열 진전을 모사할 수 있을 것이며 이러한 연구는 향후 다양한 분야에 응용 될 수 있을 것이다.
more초록/요약
The influence of different fibre sizings on the strength and fracture toughness of composites was studied by investigating the characteristics of fibre cross-over bridging in DCB specimens loaded with pure bending moments. These tests result in cohesive laws, which are obtained by simultaneous measurements of the crack growth resistance and the end opening of the notch. The advantage of this method is that these cohesive laws describe material laws independent of the specimen geometry. This method has been studied for the last few years. Some possible methods of cohesive laws approximation are explained and compared in this paper. These methods were performed in an user subroutine in the finite element code ABAQUS.
more목차
Ⅰ. 서론 1
1. 연구 배경 1
2. 연구 목적 3
Ⅱ. 관련 이론 4
1. 유한요소법 4
2. 응집 요소 6
3. 모드 Ⅰ 응집법칙 근사 8
Ⅲ. 응집법칙 조정 및 해석 모델 12
1. 기존의 응집법칙 12
2. 새로운 응집법칙 조정 21
3. 해석 모델 23
Ⅳ. 해석 결과 및 고찰 25
1. 응집법칙에 따른 해석 결과 비교 25
2. 해석 수렴성의 비교 38
Ⅴ. 결론 39
참고문헌 41
영문요약(ABSTRACT) 42
감사의글 43