비 이상화된 관통균열이 존재하는 두꺼운 배관의 파괴역학 평가변수 계산 :Estimates of Fracture Mechanics Assessment Parameters for Non-Idealized Through-Wall Cracks in Thick-Walled Pipes

한태송

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자료유형: 학위논문

저자정보: 한태송 (서울과학기술대학교, 서울과학기술대학교 대학원)

지도교수: 허남수

발행연도: 2015

저작권: 서울과학기술대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.

이용수5

이 논문의 연구 히스토리 (3)

2015

비 이상화된 관통균열이 존재하는 두꺼운 배관의 파괴역학 평가변수 계산

한태송 기계설계로봇공학과 2015.01 학위논문

2013

비 이상화된 원주방향 관통균열이 존재하는 두꺼운 배관의 균열 성장 매개변수 계산

한태송 , 허남수 , 박치용 비파괴검사학회지 2013.04 학술저널

2012

두꺼운 배관에 존재하는 축방향 경사관통균열의 탄성파괴역학 매개변수 계산

한태송 , 허남수 대한기계학회 논문집 A권 2012.12 학술저널

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본 연구에서는 두꺼운 배관에 존재하는 비 이상화된 관통균열 형상의 파괴역학 매개변수 예측식을 제시하였다. 이를 위해 탄성 파괴역학 매개변수인 탄성 응력확대계수(Stress Intensity Factor; SIF)와 균열열림변위(Crack Opening Displacement; COD)를 제시하였으며, 소성한계하중(plastic limit load) 예측식을 제시하였다.
본 논문에서는 배관의 형상 및 비 이상화된 원주방향 관통균열의 영향을 고려하기 위해 배관의 두께, 기준균열길이 및 경사비를 체계적으로 변화시켜가며 3차원 유한요소해석을 수행하였다. 하중 조건으로는 원주방향 관통균열에 대해서는 인장하중, 굽힘모멘트 및 내압을 고려하였으며, 축방향 관통균열에 대해서는 내압만을 고려하였다.
본 연구의 신뢰성을 확보하기 위해 균열이 존재하지 않는 두꺼운 배관과 이상화된 관통균열이 존재하는 배관의 소성한계하중 해석 결과를 기존 이론식과 비교하여 검증하였으며, 탄성 SIF 및 COD 해석 결과는 배관 형상이 동일한 몇몇 경우에 대해 기존 이론식과 비교하여 검증하였다.
또한 본 논문에서는 비 이상화된 관통균열의 영향을 쉽게 계산하기 위해 경사보정계수 개념을 새로이 제시하였다. 이를 기반으로 본 연구에서는 경사보정계수를 2차 곡선 접합하여 closed-form 형태의 파괴역학 매개변수 예측식을 제시하였다.
본 연구의 해석 결과인 파괴역학 매개변수 예측식은 기존의 이상화된 관통균열 식에 보정계수를 곱하여 간단히 적용 가능하다는 장점이 있으며, 본 연구의 해석 결과는 비 이상화된 관통균열이 존재하는 두꺼운 배관의 하중지지능력을 예측, 균열진전거동 평가 및 상세 누설률 계산에 적용 가능하다.

#균열열림변위(Crack opening displacement) #두꺼운 배관(Thick-walled pipe) #비 이상화된 관통균열(Non-idealized through-wall crack) #소성한계하중(Plastic limit load) #파단전누설(Leak-before-break) #유한요소해석(Finite element analysis) #응력확대계수(Stress intensity factor)

I. 서 론 1
1. 연구의 배경 및 필요성 1
2. 연구의 목적 및 내용 2
3. 논문의 구성 3
II. 관련 이론 5
1. 소성한계하중 예측식 5
2. 탄성 응력확대계수 및 균열열림변위 예측식 8
III. 비 이상화된 관통균열이 존재하는 두꺼운 배관의 소성한계하중 예측기법 개발 11
1. 해석 대상 및 유한요소해석 11
2. 유한요소해석 모델 검증 13
3. 비 이상화된 관통균열이 존재하는 두꺼운 배관의 소성한계하중 예측식 제시 15
IV. 비 이상화된 관통균열이 존재하는 두꺼운 배관의 탄성 SIF 및 COD 예측기법 개발 39
1. 해석 대상 및 유한요소해석 39
2. 유한요소해석 모델 검증 40
3. 비 이상화된 관통균열이 존재하는 두꺼운 배관의 탄성 SIF 예측식 제시 41
4. 비 이상화된 관통균열이 존재하는 두꺼운 배관의 탄성 COD 예측식 제시 46
V. 결 론 122
참고문헌 124
영문초록(Abstract) 127

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