금속의 라체팅 모사를 위한 Chaboche모델 변수분석 및 실험적 적용 :Parametric study on Chaboche Model to simulate metal ratcheting and experimental application

구성용

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자료유형: 학위논문

저자정보: 구성용 (서강대학교, 서강대학교 대학원)

지도교수: 이형일

발행연도: 2018

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이용수6

이 논문의 연구 히스토리 (2)

2018

금속의 라체팅 모사를 위한 Chaboche모델 변수분석 및 실험적 적용

구성용 기계공학과 2018.01 학위논문

2017

금속의 라체팅 모사를 위한 Chaboche 모델의 변수분석

구성용 , Ka , uppasamy Pandian Ma 외 2명 대한기계학회 춘추학술대회 2017.11 학술대회자료

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라체팅은 응력제어 반복하중에서 발생하는 재료거동이다. 금속재료가 반복하중을 받을 때 벽 형태의 전위구조가 파괴되는데 이 파괴로 인해 그 지역에 전위가 발생하면서 전위밀도가 증가한다. 이런 재료학에 의한 현상학적 결과로서, 반복수가 증가할수록 소성변형이 축적된다. 라체팅이 피로수명에 악영향을 미치므로 구름베어링, 터빈블레이드, 원자로 등과 같은 반복하중을 받는 공학구조물들은 라체팅을 고려해 설계해야 한다. 이 학위논문은 유한요소해석을 이용해 Chaboche모델 변수들이 라체팅 모사에 미치는 영향들을 분석하고 실험에 적용한다. 라체팅 모사를 위해 등방경화가 반드시 사용돼야 한다. 교번응력이 항복강도보다 작을 때, 단일후방응력의 Chaboche모델에 등방경화만 추가함으로써 반복수에 따른 라체팅변형률의 감소, 0이 아닌 정상상태의 라체팅변형률과 같은 라체팅 특성을 모사할 수 있으나, 모사된 응력-변형률 관계는 실재료와 차이를 보인다. 반면, 이중후방응력의 Chaboche모델에 등방경화를 추가하면 교번응력이 항복강도보다 작을 때에도 라체팅 특성뿐만 아니라 응력-변형률 관계도 실재료와 적은 차이로 모사 가능하다. 마지막으로 라체팅 모사를 위한 Chaboche모델 변수를 쉽게 획득하는 방법이 제시된다. 본 연구를 포함한 다양한 연구에 의해 획득된 Chaboche모델 변수로 모사한 응력-변형률 곡선과 라체팅변형률-반복수 그래프의 비교는 본 논문에서 제시된 변수획득법이 더욱 정확하며 적절함을 보여준다. 단축 라체팅은 삼축라체팅과 차이를 보이므로 단축과 삼축에서의 변수간 상관 관계를 향후 연구해야 한다. 그럼에도 불구하고 단축라체팅이 삼축라체팅 보다 항상 크므로, 본 논문의 변수획득법으로부터 획득한 변수가 실제 산업에 상한한계로서 적용 가능하다.

Ratcheting is a material behavior that occurs under stress-controlled cyclic loading. The breakdown of wall-like dislocation structures by cyclic loading produces the region with high dislocation density. As a phenomenological result, plastic deformation accumulates with increasing cycles. Because ratcheting has a negative influence on fatigue life, engineering structures such as rolling bearings, turbine blades, atomic reactor, etc. should be designed with ratcheting in consideration. This thesis deals with analyzing the Chaboche model parameters’ effects on ratcheting simulation with FEA and applying it to experiments. It is shown that isotropic hardening, which is the size change of yield surface, must be used for ratcheting simulation. Although the ratcheting characteristics can be simulated by using a single backstress Chaboche model with isotropic hardening, the simulated stress-strain relationship deviates from that of real material when the applied alternative stress is smaller than yield strength. On the other hand, a dual backstress Chaboche model with isotropic hardening can simulate not only the ratcheting characteristics but also the stress-strain relationship even when the applied alternative stress is smaller than yield strength. Finally, a simple way of obtaining the parameters of Chaboche model for ratcheting simulation is suggested. The comparison of stress-strain and ratcheting strain-cycle curves obtained from several researches including this work shows that the suggested way of obtaining parameters is the more accurate and proper way. Since uniaxial ratcheting differs from triaxial ratcheting, a correlation between parameters of uniaxial and triaxial ratcheting will be investigated in the future. Nevertheless, as uniaxial ratcheting is always larger than triaxial ratcheting, the ratcheting parameters obtained from this work can be applied in the industries as upper limits.

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