KR20090056417A - 소형 피로시편을 이용한 저주기 환경피로 실험방법 - Google Patents

소형 피로시편을 이용한 저주기 환경피로 실험방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 소형 피로시편을 이용하여 저주기 피로시편의 변위량과 변형률을 정밀하게 측정하도록 한 소형 피로시편을 이용한 저주기 환경피로 실험방법에 관한 것으로서, 특히 수식을 적용한 저주기 환경피로 실험을 통해서 주기적 변형률 경화 특성과 실험의 신뢰성을 확인하고자 하는 소형 피로시편을 이용한 저주기 환경피로 실험방법에 관한 것이다.
유한요소 해석방법(FEM), 신축계, 환경피로, 저주기

Description

소형 피로시편을 이용한 저주기 환경피로 실험방법{Method for low-cycle environment fatigue test using small sized fatigue specimen}
본 발명은 소형 피로시편을 이용하여 저주기 피로시편의 변위량과 변형률을 정밀하게 측정하도록 한 소형 피로시편을 이용한 저주기 환경피로 실험방법에 관한 것으로서, 특히 수식을 적용한 저주기 환경피로 실험을 통해서 주기적 변형률 경화 특성과 실험의 신뢰성을 확인하고자 하는 소형 피로시편을 이용한 저주기 환경피로 실험방법에 관한 것이다.
현재 원자력발전소 압력경계 기기의 피로 건전성을 설계하는 미국기계기술자학회(American Society of Mechanical Engineers:ASME) Section III Appendix Ⅰ의 피로설계용 수명 곡선은 상온에서의 저주기 피로실험 결과를 바탕으로 평균 수명곡선의 변형률에 2배, 수명에 10배의 여유(margin)를 부여하여 보수적으로 적용하고 있다.
그러나 압력경계의 기기가 피로측면에서 보수적으로 설계되었다고 하더라도 실 가동 조건에서는 고온, 고압 운전 환경에 의해 재료 표면에 부식 현상이 나타날 수 있으므로 실 운전환경에서의 피로실험 결과를 이용하여 수명을 평가하여야 한다 고 주장하고 있다.
또한, 현재 가동중인 원전의 안전등급 기기들에 대한 피로설계는 ASME B&PV Sec. III에 의해 수행되며 비파괴 검사를 통해 발견된 균열의 성장거동 평가는 ASME B&PV Sec. XI의 절차를 따르고 있다.
그러나 현재 ASME에서 사용하고 있는 피로수명 평가곡선과 피로균열성장 평가곡선은 가동중 조건인 수화학 환경의 영향이 고려하지 않고 있으며 일부 수화학 조건에서는 기존의 자료들이 충분히 보수적이지 않을 수 있다.
따라서, 압력경계 배관 재료인 CF8M 주조 스테인레스 강의 실 가동 환경에서의 피로수명 평가에 필요한 환경피로 수명평가 곡선을 개발하는 과정에서 나타나는 주기적 변형률 경화 현상(cyclic strain hardening effect)의 특성을 연구되어야 하고, 가동 운전 조건을 실험으로 모사하기 위한 소형 오토클레이브(autoclave) 내부에서 봉상형 소형 피로시편의 변위량과 변형률을 정밀하게 측정하기 위한 실험 및 보정 방법을 개발하여 저주기 환경피로 실험을 수행해야 하며, 유한요소 해석법에 의한 보정방법을 사용하여 별도의 실험을 수행하여 도출된 주기적 변형률 경화 특성과 실험의 신뢰성을 확인해야 한다.
본 발명의 목적은 수식을 적용한 저주기 환경피로 실험을 통해서 소형 피로시편의 다양한 변형률 속도와 소형 피로시편에 대한 환경피로 데이터 확보를 위하여 추가적인 환경피로 수명평가 곡선 개발 연구에 활용이 가능하며, 향후 국내 원전 주요기기의 환경피로 건전성 평가에 필요한 피로 물성치 생산의 기술기반 확립에 이바지 할 수 있는 소형 피로시편을 이용한 저주기 환경피로 실험방법을 제공하는 데 있다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 소형 피로시편을 이용한 저주기 환경피로 실험방법은, 공기 중 고온실험을 통해 신축계와 LVDT의 변형률을 계측하는 제 1 단계; 와 상기 제 1 단계 후 계측되어진 상기 신축계와 LVDT의 변형률 값을 통해서 PWR 실험환경의 오토글레이브 내부 LVDT의 변위거동을 파악하는 제 2 단계로 이루어진다.
본 발명에 따른 소형 피로시편을 이용한 저주기 환경피로 실험방법은 수식을 적용한 저주기 환경피로 실험을 통해서 소형 피로시편의 다양한 변형률 속도와 소형 피로시편에 대한 환경피로 데이터 확보를 위하여 추가적인 환경피로 수명평가 곡선 개발 연구에 활용이 가능하며, 향후 국내 원전 주요기기의 환경피로 건전성 평가에 필요한 피로 물성치 생산의 기술기반 확립에 이바지 할 수 있다.
이와 같은 본 발명을 첨부도면에 의거하여 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.
하기에서 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고 후술하는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서, 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있으며, 이에 따라 각 용어의 의미는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 해석되어야 할 것이다.
먼저 본 발명에 이용된 소형 피로시편은 미국 재료 시험 협회(American Society of Testing Materials : ASTM) E 606-92에서 제시한 실험시편 규격에 따라 제작하였다.
표점거리간 거리는 19.05mm, 시편중앙부의 지름은 9.63mm이며, 시편의 끝단 이음부의 모양은 시편 고정장치의 설계형상에 맞게 제작하였다.
시험시편 재료는 경수로형 원전 1차 냉각재 배관의 재료인 CF8M의 화학적 조성을 조사하여 가동중인 배관재와 동일한 CF8M 캐스트 오스테나이트계 스테인레스강(cast austenitic stainless steel:CASS) ingot을 제작하였으며, 1050℃에서 4시간 동안 후 열처리하고 급냉하였다.
하기의 [표 1]은 주조 스테인리스강의 화학 조성을 나타낸 표이다.
[표 1] 주조 스테인리스강의 화학 조성표
성 분 C Mn Si Cr Ni Mo S P
CF8M(1) 0.059 0.916 1.167 19.88 8.21 2.329 0.007 0.043
CF8M(2) 0.058 0.918 1.116 19.35 8.39 2.351 0.006 0.043
평균 0.058 0.917 1.141 19.62 8.30 2.340 0.006 0.043
또한, 가압경수로 환경과 비슷한 환경에서 실험을 수행하기 위하여 압력용기 내 실험용액의 최대 온도는 315℃, 최대 압력은 15MPa, 용존산소는 5ppb 이하로 설정하였다. 하중비는 R=-1로 인장 및 압축이 반복되는 톱니형파이며 변형률 속도(strain rate)를 0.04%/s로 하여 최대 변형률(strain amplitude)값이 시편 표점거리의 0.4%, 0.6%, 0.8%인 경우에 대하여 실험을 수행하였다. 하기의 [표 2]는 상기의 실험조건과 수질 측정값을 나타낸 표이다.
[표 2] 실험조건과 수질 측정값
부하율(R) -1(tensile/compress)
변형률 속도 0.04%/s
최대변형률(εα) 0.4%, 0.6%, 0.8%
온 도 315℃
압 력 15MPa
용존산소(dissolved oxygen) < 5ppb
모든 실험은 변형률 제어(strain control)의 방법으로 수행되었으며 피로수명은 실험하중이 초기 인장하중 값이 25% 감소할 때의 사이클 수(N25)에 의해 결정하였다.
도 1은 본 발명에 의한 소형 피로시편을 이용한 저주기 환경피로 실험 방법에서 이용되는 소형 피로시편을 나타낸 도면이다.
저주기 환경피로 실험은 가동 운전 조건을 실험으로 모사하기 위하여 소형 오토클레이브(autoclave) 내부에서 실험을 수행하며, 도 1에 도시된 바와 같이 소 형 피로시편(1)의 표점거리(Real gage : R.G)(4) 밖에 체결된 선형변위 차동 변압기(Linear Variable Differential Transformer : LVDT)(2) 변위센서(도시하지 않음)를 사용하여 변위와 변형률을 계측하게 된다.
상기 표점거리(4)는 신축계(extensometer)(3)로 소형 피로시편(1)의 변형을 측정 또는 제어하기 위하여 사용되며, 장비에 내장된 LVDT(2)가 설치되는 소형 피로시편(1)의 위치를 실제 측정거리(Shoulder gage : S.G)(5)로 정의한 것이다.
또한, 상기 표점거리(4) 내에서 발생되는 주기적 변형률 경화는 실제 측정거리(5)에서도 변형률 또는 변위의 형태로 나타나며, 소형 피로시편(1)에서의 측정위치가 다르므로 피로사이클과 변형률의 관계는 차이가 있다.
본 발명을 설명하기에 앞서서 유한요소 해석방법(finite element method:FEM)을 이용한 저주기 환경피로 실험방법을 먼저 설명한 다음 본 발명을 설명하여 본 발명의 적합성 여부를 같이 설명하고자 한다.
도 2는 종래의 FEM을 이용한 저주기 환경피로 실험방법에서 비선형 응력해석을 수행하여 축방향 길이 신장량을 해석한 결과를 나타낸 도면이다.
먼저, 저주기 환경피로 실험은 표점거리의 변형량을 기준으로 제어를 하며, 표점거리와 실제측정거리가 다르기 때문에 실제로 측정되는 변형량과 표점거리 변형량과의 상관관계를 구하여 보정해주어야 한다.
동일 재료로 고온 인장실험을 수행한 결과와 실험조건을 입력데이터로 사용하여 도 2와 하기의 [표 3]과 같이 유한요소 해석방법으로 표점거리와 측정구간 사 이에서의 변형량 차이를 계산하였다.
[표 3] 유한요소 해석방법으로 계산한 표점거리와 측정구간 사이에서의 변형량 차이
최대변형률(εα) 보정된 최대변형률(εα)
0.4 0.580
0.6 0.800
0.8 1.014
일반적인 유한요소해석 프로그램 ABAQUS를 이용하여 소형 피로시편(1)을 모델링하고, 소형 피로시편(1)의 한쪽을 고정단으로 하고 반대편을 하중단으로 하여 축방향으로 분포하중을 인가한다.
그 다음 상기의 고정단에서의 축방향 변위를 고정하고 하중단에 분포하중을 비선형(non-linear)조건에서 하중을 서서히 늘려 인가하면서 표점거리 변위의 변화와 그립간 거리의 변화를 계산한다.
또한, 동일 재료의 315℃ 고온 인장시험 결과를 입력하고 비선형 응력해석을 수행하여 소형 피로시편(1)의 축방향 길이 신장량을 해석하며 그 결과는 도 2에 도시된 바와 같다.
이러한 상기 소형 피로시편(1)의 축방향 길이 신장량 해석 결과를 바탕으로 표점거리(3) 평행부 변위와 측정부 변위와의 상관관계를 도시하고 이를 회귀분석(regression) 하면 하기와 같은 [식 1]을 얻을 수 있다.
y = -8.0102x3 + 3.7336x2 + 0.365519x + 0.00018653 [식 1]
여기서,
x는 실제 실험 측정부의 변위이고,
y는 시편 표점거리 평행부에서의 변위이다.
상기 [식 1]을 이용하여 실제 실험에서 적용되었던 측정부의 변위 값으로부터 표점거리 평행부의 변위 값을 구하면 보정된 최대 변형률(strain amplitude)을 얻을 수 있게 된다.
하기의 [표 4]는 상기의 해석결과에 따라 보정된 최대 변형률을 적용하여 저주기 환경피로 실험을 수행한 결과를 나타낸 표이다.
[표 4] 보정된 최대 변형률을 적용하여 저주기 환경피로 실험을 수행한 결과
최대변형률(%)
εα=0.4 εα=0.6 εα=0.8
변형률 속도(%/s) 0.04 0.04 0.04
주파수(Hz) 0.025 0.0167 0.0125
피로 수명(cycles) 8,300 3,040 1,660
도 3은 종래의 FEM을 이용한 저주기 환경피로 실험방법을 통해서 얻어진 보정된 최대변형률을 적용하여 측정된 피로 하중의 주기별 최대 인장하중 값의 변화를 나타낸 그래프이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 초기 피로 주기횟수 구간에서 주기적 변형률 경화의 영향으로 일정 변형률에서 피로 하중 최대치가 증가하는 것을 볼 수 있다. 주기적 변형률 경화현상은 초기의 피로주기횟수 구간에 큰 영향을 주고, 피로수명의 20% 이후 구간에서는 안정적으로 진행한다.
또한 실험 조건인 변형률 크기의 값이 0.8%, 0.6%, 0.4%로 감소할수록 동일 반복주기횟수에서 경화현상이 감소함을 볼 수 있다.
도 4는 본 발명에 의한 소형 피로시편을 이용한 저주기 환경피로 실험방법을 나타낸 흐름도이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명에 의한 소형 피로시편을 이용한 저주기 환경피로 실험방법은 공기 중 고온실험을 통해 신축계(3)와 LVDT(2)의 변형률을 계측하는 제 1 단계(ST1); 와 상기 제 1 단계 후 계측되어진 상기 신축계(3)와 LVDT(2)의 변형률 값을 통해서 PWR 실험환경의 오토글레이브 내부 LVDT(2)의 변위거동을 파악하는 제 2 단계(ST2)를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.
도 5는 도 4의 공기중 고온실험 중 계측된 신축계와 LVDT의 변형률 상관관계를 나타낸 그래프이며, 도 6은 도 4에서 신축계를 사용하여 제어한 공기중 공기실험에서 계측된 LVDT의 변위거동을 나타낸 그래프이다.
먼저, 하기의 [표 5]는 본 발명에 의한 소형 피로시편을 이용한 저주기 환경피로 실험 방법에서 수행한 공기 중 고온 실험결과를 요약하여 나타낸 것이다.
[표 5] 공기 중 고온 실험결과
최대변형률(%)
εα=0.4 εα=0.6 εα=0.8
변형률 속도(%/s) 0.04 0.04 0.04
주파수(Hz) 0.025 0.0167 0.0125
피로 수명(cycles) 10,230 5,214 2,654
도 5에 도시된 바와 같이, 공기 중 고온 실험을 통해 계측된 신축계(3)와 LVDT(2)의 변형률(ST1)의 상관관계를 나타내고 있으며, 실험 전구간에서 선형의 상관관계를 보이고 있음을 알 수 있다.
또한, 도 6에 도시된 바와 같이, 신축계(3)를 사용하여 제어한 공기 중 고온실험에서 계측된 LVDT(2)의 변위거동을 나타내고 있으며, 이를 통해 PWR 실험환경 의 오토클레이브 내부 LVDT(2)의 변위거동을 파악한다(ST2).
또한, 일반적인 제어프로그램을 통해 실험에 반영되는 수식은 [식 2]와 [식 3]으로 나누어 적용하였으며, 그 이유는 피로실험의 초기 및 중간단계에서의 실제 측정거리(5)의 변위 변화 특성이 상이하여 1개의 수식으로는 파형을 적절히 모사할 수 없기 때문이다.
먼저, [식 2]는 초기 피로 주기횟수 구간으로서 주기적 변형률 경화현상의 영향이 큰 초기부분 데이터를 외삽하여 3차 다항식으로 나타낸 것이며, [식 3]은 변위거동이 안정화된 영역을 정리하여 수식화한 것이다.
주기적 변형률 경화현상을 고려하기 위하여 유도된 수식은 최대변형률이 0.6% 실험의 경우이며 하기와 같다.
y=0.00000000000005x3- 0.00000000203561x2 + 0.00002694498772x [식 2]
y=0.000000000000000002x3-0.000000000001043333x2+0.000000172683793925x+ 0.114354586 [식 3]
여기서,
x는 주기(cycle)이고,
y는 LVDT의 변위이다.
상기의 [식 2]와 [식 3]을 저주기 환경피로 실험에 적용하여 LVDT(2) 변위센서(도시하지 않음)의 실제 거동을 모사할 수 있게 된다.
즉, PWR 환경을 제외한 동일한 조건의 공기 중 고온 실험을 통해 표점거리(4)와 실제 측정거리(5)의 상관관계를 규명하고 변형률 경화현상이 고려된 수식을 유도한다.
이 수식을 이용하여 실제 측정거리(5)에 장착된 LVDT(2)의 변위를 주기(cycle)에 따라 제어한다.
PWR 조건의 고온 고수압 실험은 고온 실험을 통하여 유도된 수식을 사용하여 수행하게 되며, 그 이유는 온도에 따른 재료특성에 따라 공기중 고온상태와 동일 온도의 수화학 상태에서는 열팽창 및 피로특성은 동일하며, 환경에 의해 피로수명이 다르게 나타날 것으로 가정하였기 때문이다.
하기의 [표 6]은 본 발명에 의한 소형 피로시편을 이용한 저주기 환경피로 실험 방법을 수행한 결과를 나타낸 것이다.
[표 6] 수식을 적용한 저주기 환경피로 실험 결과
최대변형률(%)
εα=0.4 εα=0.6 εα=0.8
변형률 속도(%/s) 0.04 0.04 0.04
주파수(Hz) 0.025 0.0167 0.0125
피로 수명(cycles) 6,818 3,610 1,473
유도 수식의 적용은 [식 2]를 적용한 구간이 끝나면 실험을 일시 중지한 후 [식 3]으로 교체한 후 실험을 재개하였으며 하중과 변형량이 큰 변화 없이 연결되도록 유지하였다.
도 7은 도 4를 통해서 얻어진 수식을 적용하여 측정된 피로 하중의 주기별 최대 인장하중 값의 변화를 나타낸 그래프이다.
도 7에 도시된 바와 같이, 초기 피로 주기횟수 구간에서 소성변형에 의해 발생하는 주기적 변형률 경화(cyclic strain hardening)의 영향으로 일정 변형률에서 피로 하중 최대치가 증가하는 것을 볼 수 있다.
또한, 주기적 변형률 경화현상은 초기의 피로주기횟수 구간에 큰 영향을 주고 피로수명의 20%~40% 이후 구간에서는 안정적으로 진행하며, 실험 조건인 변형률 크기의 값이 0.8%, 0.6%, 0.4%로 감소할수록 동일 반복주기횟수에서 경화현상이 감소함을 알 수 있다.
도 8은 최대변형률이 0.6%로 하고 수식을 적용하여 저주기 환경피로 실험을 수행한 후 측정된 LVDT의 변위거동을 나타낸 그래프이다.
본 발명에 의한 소형 피로시편을 이용한 저주기 환경피로 실험 방법의 제2단계에서 주기적 변형률 경화현상을 적용하기 위한 수식은 모든 실험조건에 대하여 개별적으로 유도되었으며, 최대변형률, 0.6% 실험의 경우 수식을 사용하여 저주기 환경피로 실험을 수행한 후 측정된 LVDT의 변위거동은 도 8에 도시된 바와 같다.
따라서, 공기 중 고온실험에서 계측된 LVDT(2)의 변위거동을 성공적으로 모사하고 있음을 알 수 있다.
도 9는 본 발명에 의한 소형 피로시편을 이용한 저주기 환경피로 실험 방법을 통해서 얻어진 CF8M 재료의 피로수명 데이터를 나타낸 그래프이다.
도 9에 도시된 바와 같이, 본 발명에 의한 소형 피로시편을 이용한 저주기 환경피로 실험 방법을 통해서 얻어진 CF8M 재료의 피로수명 데이터(CF8M, PWR(CSH), 0.04)와 기존의 유한요소 해석방법을 이용한 피로수명 데이터(CF8M, PWR(FEM), 0.04) 이다.
본 발명에 의한 소형 피로시편을 이용한 저주기 환경피로 실험 방법은 종래의 FEM을 이용한 저주기 환경피로 실험방법의 결과와 유사하게 나타나고 있음을 알 수 있다.
도 10은 본 발명에 의한 소형 피로시편을 이용한 저주기 환경피로 실험 방법과 종래 기술의 실험결과를 비교하여 나타낸 것이다.
도 10에 도시된 바와 같이, 본 발명과 2004년 전력연구원(KEPRI)의 FEM을 이용한 저주기 환경피로 실험방법은 실험결과가 거의 유사하게 나타난다.
즉, 본 발명과 종래의 FEM을 이용한 저주기 환경피로 실험방법을 표점거리와 실제 측정거리간의 상관관계를 정의하고 PWR 환경에서 실험한 결과와 비교해보면, 종래의 FEM을 이용한 저주기 환경피로 실험방법이 본 발명에 의한 피로수명보다 약간 보수적임을 알 수 있으나 유사한 피로수명 경향을 나타낸다.
이상의 결과로부터 종래의 FEM을 통한 저주기 환경피로 실험방법이 유효한 방법임을 검증하며, 더불어 본 발명인 소형 피로시편을 이용한 저주기 환경피로 실험방법 역시 신뢰성을 가지고 있음을 확인할 수 있다.
일본의 데이터는 ASME 피로설계곡선에 가깝지만 본 실험의 결과는 공기중 평균곡선에 가깝게 나타나고 있으며 일본의 데이터에 비해 피로수명이 길다.
이것은 변형률 속도(strain rate)와 열화상태는 유사한 조건이지만 수화학 조건이 다르기 때문이며, 일본의 데이터는 용존산소(disolved oxygen)가 8ppb인 것 에 반해 본 발명은 5ppb 이하로 유지시켰으며 유량 등 기타의 수화학 조건도 상이하다.
일반적으로 실험실 조건상 Flow rate는 발전소 가동상태와 비교하여 정제된 것(stagnant)에 가깝고, 이에 따라 전도도, pH 등과 같은 영향이 커져, 실험결과에 대한 차이가 클 수 있다. 본 발명에서의 실험 조건은 국내 가동원전의 운전환경을 기초로 하여 설정한 것이다.
본 발명의 소형 피로시편을 이용한 저주기 환경피로 실험방법은 소형 피로시편의 실제 측정거리를 계측하는 LVDT의 변위거동을 주기(cycle)에 따라 2단계로 구분하여 수식화하고 실험장치 제어프로그램에 입력하여 소형 피로시편의 표점거리에서 발생하는 주기적 변형률 경화 특성을 저주기 환경피로 실험에서 모사하는 것이라 요약할 수 있다.
수식을 이용한 보정방법을 사용한 피로수명 특성을 비교한 결과, 종래의 FEM을 이용한 저주기 환경피로 실험방법에 의해 얻은 결과나 기존 데이터의 경향과 유사하며 ASME Mean Curve RT air Curve보다 낮게 나타났다.
또한 본 발명을 통하여 종래의 간접적인 FEM을 이용한 저주기 환경피로 실험방법의 신뢰성을 확인 검증하였지만 간접적인 해석방법의 한계를 고려할 때 직접적인 현상을 실험에 적용하는 것이 현실적이며 실제현상을 더욱 근사적으로 모사할 수 있을 것으로 판단된다.
본 발명은 향후 다양한 변형률 속도와 열화시편에 대한 데이터 확보를 위하 여 추가적인 환경피로 수명평가 곡선 개발 연구에 활용될 것이며, 향후 국내 원전 주요기기의 환경피로 건전성 평가에 필요한 피로 물성치 생산의 기술기반 확립에 이바지할 것이다.
도 1은 본 발명에 의한 소형 피로시편을 이용한 저주기 환경피로 실험 방법에서 이용되는 소형 피로시편을 나타낸 도면이다.
도 2는 종래의 FEM을 이용한 저주기 환경피로 실험방법에서 비선형 응력해석을 수행하여 축방향 길이 신장량을 해석한 결과를 나타낸 도면이다.
도 3은 종래의 FEM을 이용한 저주기 환경피로 실험방법을 통해서 얻어진 보정된 최대변형률을 적용하여 측정된 피로 하중의 주기별 최대 인장하중 값의 변화를 나타낸 그래프이다.
도 4는 본 발명에 의한 소형 피로시편을 이용한 저주기 환경피로 실험 방법을 나타낸 흐름도이다.
도 5는 도 4의 공기중 고온실험 중 계측된 신축계와 LVDT의 변형률 상관관계를 나타낸 그래프이다.
도 6은 도 4에서 신축계를 사용하여 제어한 공기중 공기실험에서 계측된 LVDT의 변위거동을 나타낸 그래프이다.
도 7은 도 4를 통해서 얻어진 수식을 적용하여 측정된 피로 하중의 주기별 최대 인장하중 값의 변화를 나타낸 그래프이다.
도 8은 최대변형률이 0.6%로 하고 수식을 적용하여 저주기 환경피로 실험을 수행한 후 측정된 LVDT의 변위거동을 나타낸 그래프이다.
도 9는 본 발명에 의한 소형 피로시편을 이용한 저주기 환경피로 실험 방법을 통해서 얻어진 CF8M 재료의 피로수명 데이터를 나타낸 그래프이다.
도 10은 본 발명에 의한 소형 피로시편을 이용한 저주기 환경피로 실험 방법과 종래 기술의 실험결과를 비교하여 나타낸 것이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
1 ---- 소형 피로시편 2 ---- 선형변위 차동 변압기(LVDT)
3 ---- 신축계 4 ---- 표점거리(Real Gage)
5 ---- 실제 측정거리(Shoulder Gage)

Claims (3)

  1. 공기 중 고온실험을 통해 신축계(3)와 LVDT(2)의 변형률을 계측하는 제 1 단계(ST1); 와
    상기 제 1 단계 후 계측되어진 상기 신축계(3)와 LVDT(2)의 변형률 값을 통해서 PWR 실험환경의 오토글레이브 내부 LVDT(2)의 변위거동을 파악하는 제 2 단계(ST2)로 이루어진 것을 특징으로 하는 소형 피로시편을 이용한 저주기 환경피로 실험방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 단계(ST21)의 신축계(3)와 LVDT(2)의 변형률을 계측해서 얻은 데이터를 이용하여 주기적 변형률 경화 현상이 극심한 초기 주기횟수 구간을 모사하여 [식 2]와 같이 3차 다항식으로 나타낸 것을 특징으로 하는 소형 피로시편을 이용한 저주기 환경피로 실험방법.
    y=0.00000000000005x3 - 0.00000000203561x2 + 0.00002694498772x [식 2]
    여기서,
    x는 주기(cycle)이고,
    y는 LVDT의 변위이다.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 단계의 LVDT(2)의 변위거동이 안정화된 영역을 정리하여 [식 3]을 산출하는 것을 특징으로 하는 소형 피로시편을 이용한 저주기 환경피로 실험방법.
    y=0.000000000000000002x3-0.000000000001043333x2+0.000000172683793925x+ 0.114354586 [식 3]
    여기서,
    x는 주기(cycle)이고,
    y는 LVDT의 변위이다.
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