연성파괴에서 손상역학을 기반으로 하는 균열 선단 응집법칙
Crack-tip cohesive laws based on damage mechanics of ductile failure
초록/요약
연성 금속에서 균열 성장에 대한 응집 영역 모델은 공극의 핵 생성과 성장 및 결합을 고려한 손상 역학적 연속체 기반으로 많은 연구들이 진행되어 왔다. 하지만 기존의 연구에서 이용된 응집 법칙은 오직 균열 면에 작용하는 응집 트랙션과 분리 계면 사이의 변위관계로써 나타내기 때문에, 균열 계면 사이에 존재하는 응집 요소에 대해 연속체 기반의 연속 방정식을 적용 또는 고려하지 않았다. 따라서 본 연구에서는 응집 영역에서의 연속체 기반 연속 방정식을 고려한 트랙션-분리변위 관계를 도출하기위해 파손 메커니즘이 발생하는 유한한 폭의 특정 영역 층을 도입하였다. 인장 하중 하에서 손상이 발생하는 재료 층과 손상이 발생하지 않는 재료 층 사이의 변위 차를 응집 분리로 정의하였고, 재료 변형 시 탄소성 거동과 함께 동반되는 손상 역학적 거동을 따로 도출하여 이를 응집 영역 모델로써 표현되도록 하였다. 파괴 진행 영역으로 대변되는 손상 재료 층은 실험으로 측정된 변위 정보를 기반으로 J-적분을 이용하여 결정한다. 본 논문에서 제시한 방법은 균열이 있는 시편의 실험과 파괴 진행 영역에 대한 대표 모델의 유한요소해석을 실시함으로써 연성 금속의 응집 법칙을 효율적으로 도출할 수 있도록 한다.
more초록/요약
A cohesive zone model for the crack growth in ductile metals is developed on the basis of continuum damage constitutive laws considering void nucleation, growth and coalescence. Conventional cohesive elements between crack surfaces do not use continuum constitutive laws, because cohesive laws are only specified to relate the cohesive traction to the distance between the separating surfaces. In order to implement continuum constitutive laws in the cohesive zone, a material layer associated with the failure mechanism is considered in this study to estimate the traction-separation relation of the cohesive zone. The difference between displacements of undamaged and damaged material layers under tensile loadings is the cohesive separation, and the damage decoupled from plastic deformation is implemented in the cohesive zone laws. The height of the damaged material layer is determined by using J-integral evaluated from experimentally measured displacements. The present approach provides an efficient and effective way to extract cohesive laws for ductile metals from numerical simulations of representative models with continuum damage mechanics and experimental tests of specimens with a crack.
more목차
I. 서 론 1
II. 등가의 응집 영역에 대한 연속체 기반의 접근 4
1. 응집 균열 면 6
2. 응집 영역에서의 분리 과정 9
III. 파괴 진행 영역에서의 기계적 거동 13
1. 손상 모델을 적용한 연성 파괴 13
2. 손상 모델 변수의 결정 15
IV. 연속체 손상 역학을 기반으로 하는 균열 선단에서의 응집 법칙 평가 20
1. DCB 시편의 변위 측정 및 J-적분 평가 23
2. 파괴 진행 영역의 특성길이 결정 29
V. 결 론 35
참고문헌 36