균열선단 전개형상을 고려한 한쪽 면 보강시의 피로균열 거동에 관한 연구

Abstract

본 논문에서는 한 쪽 면만 복합재 패치로 보강한 알루미늄 균열평판의 피로균열 진전거동을 실험적 및 해석적인 방법으로 고찰하였다. 한쪽 면 보강 시, 균열선단은 비대칭성과 면 외 굽힘의 효과로 인하여 초기의 직선형태에서 경사곡선형태로 진전한다는 사실을 이전의 연구결과에서 확인할 수 있다. 따라서 정확한 피로거동을 고찰하기 위하여는 이와 같은 균열선단의 변화과정을 예측하고, 이를 해석에 반영하는 것이 필수적이라 하겠다. 본 연구에서는 균열선단 전개형상을 고려한 한쪽 면 보강시의 피로해석을 수행하기 위하여 선형탄성 파괴역학개념을 적용한 3차원 순차적 유한요소 해석기법을 적용하였는데, 이를 통하여 진전하는 균열선단 형상을 단계적, 반복적으로 추적하고 해석모델에 반영하였다. 이와 같은 해석기법을 적용함으로써 패치보강 평판의 피로수명은 물론 균열선단 진전과정도 정확히 예측할 수 있었다. 해석으로 얻어진 균열선단 진전거동 및 피로수명은 상응하는 실험결과와 잘 일치함을 확인하였다. 또한 다양한 두께의 패치보강 시편에 대한 실험을 수행하고, 그 결과로부터 평판 두께 별로 나타나는 균열선단의 전개거동 특성 및 피로수명을 파악하였다. 또한, 이를 패치하지 않은 시편실험 결과와 비교하여 시편의 두께 별 패치보강의 효용성(effectiveness)을 확인하였다. 상온경화 및 열 경화 시편에 대한 실험을 각각 수행하고 그 결과를 비교함으로써 패치접착 시 수반되는 잔류 효과가 균열진전 거동특성 및 피로수명 증가효과에 미치는 영향을 분석하였다. 또한 다양한 경우의 실험결과를 토대로 각 평판의 두께에 적합한 효과적인 보강방안을 제시하였다.