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논문 기본 정보
- 자료유형
- 학위논문
- 저자정보
- 지도교수
- 김태규
- 발행연도
- 2015
- 저작권
- 부산대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
이용수3
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2000년대에 접어들면서 대부분의 국내외 선박제조사들은 연료절감 및 효율적 연료분사 시스템을 적용할 수 있는 전자제어식 선박엔진을 적용하고 있다.
기존의 선박엔진에는 기계식 Cam 방식을 사용하였는데 이것을 전자제어 시스템으로 변경함으로써 연료분사 Exhaust Valve의 개폐를 자유롭게 조절 할 수 있게 되었다. 구조적인 측면에서는 정확한 양의 연료분사제어 및 가변 분사비의 조절이 가능하고, 연료분사압력의 자유로운 선정이 가능하게 되었다. 또한 운전효율 측면에서는 기통 당 엔진 중량의 감소와 연소압력 및 온도의 균등화에 따른 기계적 부하 및 열 부하의 감소, 연료분사 시 균등한 압력유지로 인한 진동감소 등의 장점을 가지고 있다.
하지만 현재 엔진의 성능과 열효율의 증가를 위하여 사용온도 및 압력을 더 높이고 있는 실정이다. 엔진의 가동온도가 높아짐에 따라 엔진의 재료는 높은 크리프 파단강도가 요구되므로 크리프 강도를 최소화하고 열응력에 의한 높은 저항성이 요구된다. 기존의 선박엔진에 사용되는 소재들은 이러한 고온의 가동조건에서 필요한 기계적 강도치를 충분히 만족시키지 못하여 고온에 의한 피로파괴 현상이 발생된 사례도 있었다. 따라서 고온 환경에서도 충분한 기계적 강도를 가지는 소재개발이 필요하게 되었고, 향상된 고온 특성을 가지는 SNCM 420H 소재는 유럽 등 선진국에서 개발되고 있는 실정이고, 이러한 신소재들의 고온 강도특성 연구가 활발하게 진행되고 있다.
따라서 본 연구에서는 선박엔진 부품인 SNCM 420H 소재에 대하여 고온피로시험을 실시하기위한 소재의 분석과 관련 이론 등을 정립하였고, 고온장치 등으로 구성된 유압식 피로시험 장치를 이용하여 저주기피로시험(Low cycle fatigue test; LCF)을 실시하여 고온 피로특성을 조사하였다. 또한 상온에서의 저주기 피로시험(LCF)과 정적인장 시험을 실시하여 상온과 고온 상태에서의 피로강도를 비교하여 조사하였다. 한편 이 소재의 피로거동(S-N Curve)과 특성을 조사하기 위해서 고온과 상온에서의 피로파면 분석, 그리고 SNCM 420H 소재의 열처리에 따른 미세조직 관찰 및 소재 경도 등을 조사하였다.
기존의 선박엔진에는 기계식 Cam 방식을 사용하였는데 이것을 전자제어 시스템으로 변경함으로써 연료분사 Exhaust Valve의 개폐를 자유롭게 조절 할 수 있게 되었다. 구조적인 측면에서는 정확한 양의 연료분사제어 및 가변 분사비의 조절이 가능하고, 연료분사압력의 자유로운 선정이 가능하게 되었다. 또한 운전효율 측면에서는 기통 당 엔진 중량의 감소와 연소압력 및 온도의 균등화에 따른 기계적 부하 및 열 부하의 감소, 연료분사 시 균등한 압력유지로 인한 진동감소 등의 장점을 가지고 있다.
하지만 현재 엔진의 성능과 열효율의 증가를 위하여 사용온도 및 압력을 더 높이고 있는 실정이다. 엔진의 가동온도가 높아짐에 따라 엔진의 재료는 높은 크리프 파단강도가 요구되므로 크리프 강도를 최소화하고 열응력에 의한 높은 저항성이 요구된다. 기존의 선박엔진에 사용되는 소재들은 이러한 고온의 가동조건에서 필요한 기계적 강도치를 충분히 만족시키지 못하여 고온에 의한 피로파괴 현상이 발생된 사례도 있었다. 따라서 고온 환경에서도 충분한 기계적 강도를 가지는 소재개발이 필요하게 되었고, 향상된 고온 특성을 가지는 SNCM 420H 소재는 유럽 등 선진국에서 개발되고 있는 실정이고, 이러한 신소재들의 고온 강도특성 연구가 활발하게 진행되고 있다.
따라서 본 연구에서는 선박엔진 부품인 SNCM 420H 소재에 대하여 고온피로시험을 실시하기위한 소재의 분석과 관련 이론 등을 정립하였고, 고온장치 등으로 구성된 유압식 피로시험 장치를 이용하여 저주기피로시험(Low cycle fatigue test; LCF)을 실시하여 고온 피로특성을 조사하였다. 또한 상온에서의 저주기 피로시험(LCF)과 정적인장 시험을 실시하여 상온과 고온 상태에서의 피로강도를 비교하여 조사하였다. 한편 이 소재의 피로거동(S-N Curve)과 특성을 조사하기 위해서 고온과 상온에서의 피로파면 분석, 그리고 SNCM 420H 소재의 열처리에 따른 미세조직 관찰 및 소재 경도 등을 조사하였다.
목차
목 차1. 서 론 12. 이론적 배경 32-1 피로 이론 52-2 저주기 피로(Low Cycle Fatigue; LCF) 52-3 고온 피로(High Temperature Fatigue; HTF) 82.3.1 고온 피로의 정의 및 특성 82-4 변형률·수명시험 접근방법 92.4.1 응력·변형률 거동 92.4.2 피로하중과 유지시간에 대한 응력-변형률 거동 132.4.3 반복 응력-변형률 거동 172.4.4 변형률-수명거동 183. 실험방법 및 절차 243.1 재료 및 시험편 243.1.1 실험 재료 243.1.2 시험편 준비 253.2 실험 장비 및 방법 313.2.1 실험 장비 313.2.2 실험조건 및 방법 344. 실험결과 및 고찰 384.1 인장 시험 384.2 파단 수명 414.3 저주기 피로시험의 파단면 분석 434.4 히스테리시스 루프(Hysteresis loop) 575. 결 론 656. 참고문헌 677. ABSTRACT 70
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