KR20220116974A - Method of measuring fracture toughness considering the plastic rotational factor based on double clip gauge - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to a method for measuring fracture toughness based on a double clip gauge, considering a plastic rotational factor. The method for measuring fracture toughness by using a testing device, comprising a seating unit on which a predetermined specimen is seated, a load applying unit for applying a predetermined tensile load to an upper end of the seated specimen, and a displacement measurement unit for measuring displacement information on cracks generated in the specimen by the load, comprises the steps of: preparing a specimen having a notch according to predetermined standards and seating the same on the seating unit; installing a jig having a seating surface having a predetermined height at the upper end of the specimen, and installing the displacement measuring unit at a position adjacent to the entrance of the notch; forming a preliminary fatigue crack extending inward from an inner end of the notch by applying a repeated tensile load, having an amplitude, to the upper end of the notch by using the load applying unit; calculating the amount of displacement in a plastic zone based on a front end of the preliminary fatigue crack based on a result of measuring the amount of displacement for the entrance of the preliminary fatigue crack by applying a quasi-static tensile load thereto with the displacement measurement unit contacting the seating surface of the jig; and calculating a plastic rotation coefficient value and a predicted fracture toughness value for the plastic zone based on the calculated displacement amount in the plastic zone, the seating surface, and the top surface of the specimen. Accordingly, the method can correct the plastic rotation coefficient value that affects the plastic deformation occurring at the front end of the preliminary fatigue crack of the specimen when calculating the predicted fracture toughness value, thereby measuring the plastic deformation more sensitively compared to conventional methods.

Description

소성회전계수를 고려한 이중클립게이지 기반의 파괴인성 측정 방법{METHOD OF MEASURING FRACTURE TOUGHNESS CONSIDERING THE PLASTIC ROTATIONAL FACTOR BASED ON DOUBLE CLIP GAUGE}Method of measuring fracture toughness based on double clip gauge considering plastic rotation coefficient

본 발명은 범용적으로 사용되는 표준규격에 기초한 시험편에 대한 파괴인성값 측정 시 소성 변형 측정에 기여하는 소성회전계수를 고려한 이중클립게이지 기반의 파괴인성 측정 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for measuring fracture toughness based on a double clip gauge considering the plastic rotation coefficient contributing to the measurement of plastic deformation when measuring the fracture toughness value of a test piece based on a universally used standard.

대형구조물의 예기치 못한 파손은 심각한 손실을 가져오기 때문에 파손을 방지하기 위해 다양한 기법의 구조건전성 평가가 이루어지고 있다. 사용 중인 구조물의 건전성을 평가하기 위해서는 구조물에 가해진 응력 정보, 구조물 내부에 존재하는 결함 정보, 그리고 구조물 소재의 물성 정보를 정확히 아는 것이 중요하다.Since unexpected damage to large structures causes serious losses, structural integrity evaluation of various techniques is being conducted to prevent damage. In order to evaluate the soundness of a structure in use, it is important to accurately know information about stress applied to the structure, information about defects that exist inside the structure, and information about the physical properties of the structure material.

특히, 선박 및 해양플랜트 설계 시 선급 및 선주는 적용 강재 및 용접부에 대한 건전성 평가를 필수로 요구하는데 이러한 건전성 평가를 수행하기 위해서는 해당 소재의 기계적 물성을 측정하는 파괴인성 평가가 필수적으로 수행되어야 한다.In particular, when designing ships and offshore plants, the classification and shipowners are required to evaluate the soundness of the applied steel materials and welds.

파괴인성 평가는 규격화된 특정한 모양과 크기의 시편을 제작하여 해당 시편에 예비균열을 형성한 후 그 균열 주위의 응력과 변형량을 역학적으로 해석하여, 균열의 크기와 진전방향 등을 측정한 올바른 시험법을 확립한 후, 그 시험을 통하여 파괴가 일어나는 조건을 구하는 방법이다.Fracture toughness evaluation is a correct test method that measures the size and propagation direction of a crack by mechanically analyzing the stress and strain around the crack after forming a pre-crack in the specimen by making a specimen of a specific standard shape and size. It is a method to obtain the conditions under which failure occurs through the test after establishing

이러한 파괴인성 평가에서는 재료의 취성파괴에 대한 저항을 나타내는 파괴인성(Fracture Toughness)을 확인할 수 있는 평면 변형 파괴인성값(Plane Strain Fracture Toughnes, JIC)과 탄소성 등가응력확대계수(Stress Intensity Factor, KJC)가 중요한 파괴인성 파라미터로 이용된다.In this fracture toughness evaluation, plane strain fracture toughness (J IC ) and elastoplastic equivalent stress factor (Stress Intensity Factor, K JC ) is used as an important fracture toughness parameter.

대표적인 파괴인성 시험방법은 피로예비균열(Fatigue Precracking)을 도입한 컴팩트 인장시험(compact tension)과 3점 굽힘시험(3-point-single edge notched bend)이 있다. 이러한 실험을 위해서는 재료의 원판으로부터 소정의 방향과 크기(하중방향과 균열진전방향에 대한 ASTM 규격 참조)로 다수의 시편을 채취하고, 이를 실제로 파괴하면서 균열의 진전 정도를 파악하는 것이다.Representative fracture toughness test methods include a compact tension test with fatigue precracking and a three-point-single edge notched bend test. For this experiment, a number of specimens are taken from the original plate in a predetermined direction and size (refer to ASTM standards for load direction and crack propagation direction), and the degree of crack propagation is grasped while actually breaking them.

한편, 종래에는 영국 표준 규격(BS)을 기반으로 단일클립게이지(single clip gauge)를 이용하여 CTOD(Crack Tip Opening Displacement)를 측정한 결과에 따라 파괴인성을 평가하는 방식이 주로 사용되었으나, 최근 들어 CTOD 관련 연구가 활발해지면서 기존의 CTOD 정의 개선, 균열 개구 변위 실측 및 구속효과가 감소된 SENT 시험편을 적용하는 방법 등이 새롭게 도입되고 있다.Meanwhile, conventionally, a method of evaluating fracture toughness according to the result of measuring Crack Tip Opening Displacement (CTOD) using a single clip gauge based on the British Standard (BS) has been mainly used. As CTOD-related studies become more active, new methods such as improvement of the definition of CTOD, measurement of crack opening displacement, and application of SENT specimens with reduced restraint effects are being introduced.

그러나, 현재 범용화된 영국 표준 규격(BS) 기반의 단일클립게이지를 이용한 CTOD 측정 방식의 경우, 재료의 소성 변형에 대한 정확한 측정이 불가하거나 파괴인성의 편차가 크게 발생하는 한계가 존재한다.However, in the case of the CTOD measurement method using a single clip gauge based on the British Standard Standard (BS), which is currently generalized, there is a limitation in that it is impossible to accurately measure the plastic deformation of a material or there is a large deviation in fracture toughness.

KRUS 10-125454710-1254547 B1B1 KRUS 10-128990510-1289905 B1B1

본 발명의 목적은 상기 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 범용적으로 사용되는 표준규격에 기초한 시험편에 대한 파괴인성값 측정 시 소성 변형 측정에 기여하는 소성회전계수를 고려하는 이중클립게이지 기반의 파괴인성 측정 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.It is an object of the present invention to solve the above problems, and when measuring the fracture toughness value for a test piece based on a universally used standard, the fracture toughness measurement based on the double clip gauge considering the plastic rotation coefficient contributing to the plastic deformation measurement The purpose is to provide a method.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일면에 따른 파괴인성 측정 방법은, 소정의 시험편이 안착되는 안착부와, 상기 안착된 시험편의 상단에 기설정된 인장하중을 가하는 하중 인가부와, 상기 하중에 의해 상기 시험편에 발생되는 균열에 대한 변위정보를 측정하는 변위 측정부를 포함하는 시험 장치를 이용한 파괴인성 측정 방법에 있어서, 기설정된 표준 규격에 따른 노치가 형성된 시험편을 준비하여 상기 안착부에 안착시키는 단계와, 상기 시험편의 상단에 소정 높이의 안착면을 가지는 지그를 설치하고, 상기 노치 입구와 인접한 위치에 상기 변위 측정부를 설치하는 단계와, 상기 하중 인가부를 이용해 상기 노치의 상단에 일정 진폭의 반복 인장하중을 부가하여 상기 노치의 내측단으로부터 내측 방향으로 연장되는 예비피로균열을 형성하는 단계와, 상기 변위 측정부를 상기 지그의 안착면에 접촉시킨 상태로 준정적 인장하중을 적용하여 상기 예비피로균열의 입구에 대한 변위량을 측정한 결과에 기초하여 상기 예비피로균열의 선단에 기초한 소성영역에서의 변위량을 산출하는 단계와, 상기 산출된 소성영역에서의 변위량과 상기 안착면과 상기 시험편의 상단면 사이의 높이차에 기초하여 상기 소성영역에 대한 소성회전계수 값과 파괴인성 예측값을 각각 산출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.A method for measuring fracture toughness according to an aspect of the present invention for achieving the above object includes a seating part on which a predetermined test piece is seated, a load applying part for applying a predetermined tensile load to the upper end of the seated test piece, and the load In the method for measuring fracture toughness using a test apparatus including a displacement measuring unit for measuring displacement information about cracks generated in the test piece by Step, installing a jig having a seating surface of a predetermined height on the upper end of the test piece, installing the displacement measuring unit at a position adjacent to the notch entrance, and repeating a constant amplitude at the upper end of the notch using the load applying unit Forming a preliminary fatigue crack extending inward from the inner end of the notch by applying a tensile load, and applying a quasi-static tensile load with the displacement measuring part in contact with the seating surface of the jig to provide the preliminary fatigue crack Calculating the amount of displacement in the plastic region based on the tip of the preliminary fatigue crack based on the result of measuring the amount of displacement for the entrance of and calculating a plastic rotation coefficient value and a fracture toughness predicted value for the plastic region, respectively, based on the height difference of .

바람직하게는, 상기 지그는 기설정된 두 개의 서로 상이한 높이값에 대응하는 제1 안착면 및 제2 안착면을 가지는 것이며, 상기 변위량을 산출하는 단계는, 상기 변위 측정부의 접촉단을 상기 제1 안착면 및 제2 안착면에 각각 접촉시킨 상태로 상기 하중 인가부에 의해 준정적 인장하중을 부가함에 따른 상기 예비피로균열의 입구에 대한 개구 변위량에 대응하는 제1 입구변위값 및 제2 입구변위값을 각각 측정하는 단계와, 소정 재료에 대한 인장응력의 탄성 한계에 대응하는 항복점을 기준으로 탄성영역과 소성영역으로 구분 가능하도록 기설정된 소성 힌지 모델에 기초하여 상기 인장하중에 대한 상기 제1 입구변위값 및 제2 입구변위값에 따른 하중-변위 곡선을 도출하는 단계와, 상기 도출된 하중-변위 곡선에 따른 상기 탄성영역의 기울기와, 상기 제1 안착면 및 제2 안착면 각각으로부터 상기 시험편의 상단면 사이의 높이차에 대응하는 제1 선단에지값 및 제2 선단에지값에 기초하여, 상기 예비피로균열의 선단에 대한 상기 소성영역에서의 개구 변위량에 대응하는 제1 선단변위값 및 제2 선단변위값을 산출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.Preferably, the jig has a first seating surface and a second seating surface corresponding to two preset height values different from each other, and the calculating of the displacement includes placing the contact end of the displacement measuring unit with the first seating surface. The first entrance displacement value and the second entrance displacement value corresponding to the opening displacement for the entrance of the preliminary fatigue crack by applying a quasi-static tensile load by the load applying unit while in contact with the surface and the second seating surface, respectively. The first inlet displacement for the tensile load based on a predetermined plastic hinge model so as to be divided into an elastic region and a plastic region based on a yield point corresponding to an elastic limit of tensile stress for a predetermined material, respectively. deriving a load-displacement curve according to the value and the second inlet displacement value, the slope of the elastic region according to the derived load-displacement curve, and the first and second seating surfaces of the test piece Based on the first leading edge value and the second leading edge value corresponding to the height difference between the top surfaces, the first tip displacement value and the second tip displacement value corresponding to the opening displacement amount in the plastic region with respect to the tip of the preliminary fatigue crack It characterized in that it comprises the step of calculating the tip displacement value.

또한, 상기 예비피로균열을 형성하는 단계와 상기 변위량을 산출하는 단계 사이에, 상기 노치의 초기길이와 상기 시험편의 너비값과 상기 시험편에 대한 하중선변위값을 각각 측정하는 단계를 더 포함하며, 상기 예측값을 산출하는 단계는, 상기 측정된 상기 노치의 초기길이, 상기 시험편의 너비값 및 하중선변위값과, 상기 산출된 제1 선단변위값, 제2 선단변위값, 제1 선단에지값 및 제2 선단에지값에 기초하여 상기 소성회전계수를 산출하는 단계와, 상기 산출된 소성회전계수, 제1 선단변위값 및 제2 선단변위값을 기저장된 CTOD 예측식에 포함되는 복수 개의 파괴역학 파라미터에 각각 적용한 결과에 기초하여 파괴인성 예측값을 산출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.In addition, between the step of forming the preliminary fatigue crack and the step of calculating the amount of displacement, the step of measuring the initial length of the notch, the width value of the test piece, and the load line displacement value for the test piece, respectively, further comprising, Calculating the predicted value includes the measured initial length of the notch, the width value of the test piece, and the load line displacement value, and the calculated first tip displacement value, second tip displacement value, first tip edge value, and Calculating the plastic rotation coefficient based on a second tip edge value, and a plurality of fracture mechanics parameters including the calculated plastic rotation coefficient, the first tip displacement value, and the second tip displacement value in a pre-stored CTOD prediction equation It characterized in that it comprises the step of calculating the fracture toughness predicted value based on the results respectively applied to.

본 발명에 따르면, 파괴인성 예측값의 산출 시 시험편의 예비균열선단에 발생하는 소성변형에 영향을 주는 소성회전계수 값을 수정하여 종래의 경우보다 소성변형을 더 민감하게 측정할 수 있는 효과가 있다.According to the present invention, there is an effect that can measure the plastic deformation more sensitively than in the conventional case by correcting the plastic rotation coefficient value that affects the plastic deformation occurring at the pre-crack tip of the test piece when calculating the fracture toughness predicted value.

또한, 본 발명에 따르면, 파괴인성 시험 특성상 동일 강재에 대한 여러 번의 반복 측정이 필수로 요구되는데 측정횟수별로 산출한 결과값의 편차가 종래 대비 짧은 시간 내에 안정적으로 산출되므로, 시험 관련 불필요한 시간 및 인력 소모를 단축할 수 있는 효과가 있다.In addition, according to the present invention, due to the nature of the fracture toughness test, repeated measurement of the same steel material is required several times, and since the deviation of the result calculated for each number of measurements is stably calculated within a short time compared to the prior art, unnecessary time and manpower related to the test are required. It has the effect of reducing consumption.

또한, 본 발명에 따르면, 재료의 파괴인성 측정 시 범용적으로 사용되는 시험편에 대한 소성 변형의 민감도 및 정확도를 향상함으로써 대규모의 자본이 투입되는 조선 및 해양구조물의 구조적 무결성을 신뢰성 있게 평가하여 경제성을 확보할 수 있는 효과가 있다.In addition, according to the present invention, by improving the sensitivity and accuracy of plastic deformation for a test piece used for general purpose when measuring the fracture toughness of a material, the structural integrity of shipbuilding and offshore structures in which large-scale capital is invested can be reliably evaluated to improve economic feasibility. There is an achievable effect.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 소성회전계수를 고려한 이중클립게이지 기반의 파괴인성 측정 방법을 나타낸 순서도이고,
도 2는 도 1의 안착 단계에 시험 장치에 안착되는 시험편의 일례를 나타낸 도면이고,
도 3은 도 1의 설치 단계에 의해 시험편의 상단에 지그가 설치된 상태를 나타낸 도면이고,
도 4는 도 1의 설치 단계에 의해 변위측정부가 시험편의 노치 입구와 인접한 위치에 설치된 상태를 나타낸 도면이고,
도 5는 도 1의 하중-변위곡선 도출 단계에 도출된 하중-변위곡선에서 탄성영역 및 소성영역을 구분해서 설명하기 위한 도면이고,
도 6은 도 1의 선단변위량 산출 단계에서 삼각형 닮음비를 이용하여 선단 변위값을 산출하는 과정을 설명하기 위한 도면이고,
도 7은 종래의 단일클립게이지를 이용하여 하나의 선단에지값을 기준으로 복수 회 측정한 하중에 따른 변위값에 대응하는 제1 하중-변위 곡선을 측정회차별로 구분하여 나타낸 비교 그래프이고,
도 8은 도 1의 하중-변위곡선 도출 단계에서 제1 조건 및 제2 조건 각각에 따라 기설정된 두 개의 선단에지값을 기준으로 복수 회 측정한 하중에 따른 변위값에 대응하는 제2 하중-변위 곡선 및 제3 하중-변위 곡선을 각각 도출한 후 측정회차별로 구분하여 나타낸 비교 그래프이고,
도 9는 도 1의 선단변위량 산출 단계에서 상기 제2 하중-변위 곡선 및 제3 하중-변위 곡선 각각에 기초하여 예비피로균열의 선단에 대한 선단변위값을 도출하는 과정을 설명하기 위한 도면이고,
도 10은 종래의 유한요소해석을 바탕으로 한 연구 해석 결과별로 제안된 소성회전계수 값을 비교하기 위한 도면이고,
도 11은 종래와 본 발명 각각의 측정 방식에 따라 복수 회 측정된 파괴인성값의 범위 및 편차를 비교하기 위한 도면이다.
1 is a flowchart illustrating a method for measuring fracture toughness based on a double clip gauge considering a plastic rotation coefficient according to an embodiment of the present invention;
Figure 2 is a view showing an example of a test piece that is seated in the test apparatus in the seating step of Figure 1,
Figure 3 is a view showing a state in which the jig is installed on the upper end of the test piece by the installation step of Figure 1,
4 is a view showing a state in which the displacement measuring unit is installed in a position adjacent to the notch inlet of the test piece by the installation step of FIG. 1;
FIG. 5 is a view for separately explaining an elastic region and a plastic region in the load-displacement curve derived in the load-displacement curve derivation step of FIG. 1;
6 is a view for explaining a process of calculating a tip displacement value using a triangular similarity ratio in the tip displacement amount calculation step of FIG. 1;
7 is a comparative graph showing the first load-displacement curve corresponding to the displacement value according to the load measured a plurality of times based on one tip edge value using a conventional single clip gauge divided by measurement times;
8 is a second load-displacement corresponding to the displacement value according to the load measured a plurality of times based on the two front edge values preset according to each of the first and second conditions in the load-displacement curve derivation step of FIG. 1; After deriving the curve and the third load-displacement curve, respectively, it is a comparative graph showing by dividing by measurement times,
9 is a diagram for explaining the process of deriving the tip displacement value for the tip of the preliminary fatigue crack based on each of the second load-displacement curve and the third load-displacement curve in the tip displacement calculation step of FIG. 1;
10 is a view for comparing the plastic rotation coefficient values proposed for each research analysis result based on the conventional finite element analysis;
11 is a view for comparing the range and deviation of fracture toughness values measured a plurality of times according to each measurement method of the prior art and the present invention.

이상과 같은 본 발명에 대한 해결하려는 과제, 과제의 해결수단, 발명의 효과를 포함한 구체적인 사항들은 다음에 기재할 실시예 및 도면에 포함되어 있다. 본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예를 참조하면 명확해질 것이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.Specific details including the problems to be solved for the present invention as described above, the means for solving the problems, and the effects of the invention are included in the embodiments and drawings to be described below. Advantages and features of the present invention, and a method of achieving the same, will become apparent with reference to the embodiments described below in detail in conjunction with the accompanying drawings. Like reference numerals refer to like elements throughout.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 소성회전계수를 고려한 이중클립게이지 기반의 파괴인성 측정 방법을 나타낸 순서도이고, 도 2는 도 1의 안착 단계에 시험 장치에 안착되는 시험편의 일례를 나타낸 도면이고, 도 3은 도 1의 설치 단계에 의해 시험편의 상단에 지그가 설치된 상태를 나타낸 도면이고, 도 4는 도 1의 설치 단계에 의해 변위측정부가 시험편의 노치 입구와 인접한 위치에 설치된 상태를 나타낸 도면이고, 도 5는 도 1의 하중-변위곡선 도출 단계에 도출된 하중-변위곡선에서 탄성영역 및 소성영역을 구분해서 설명하기 위한 도면이고, 도 6은 도 1의 선단변위량 산출 단계에서 삼각형 닮음비를 이용하여 선단 변위값을 산출하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.1 is a flowchart illustrating a method for measuring fracture toughness based on a double clip gauge considering a plastic rotation coefficient according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a view showing an example of a test piece seated in the test apparatus in the seating step of FIG. 3 is a view showing a state in which the jig is installed on the upper end of the test piece by the installation step of FIG. 1, and FIG. 4 shows a state in which the displacement measuring unit is installed in a position adjacent to the notch inlet of the test piece by the installation step of FIG. FIG. 5 is a diagram for separately explaining an elastic region and a plastic region in the load-displacement curve derived in the load-displacement curve derivation step of FIG. 1, and FIG. 6 is a triangle similarity ratio in the tip displacement calculation step of FIG. It is a diagram for explaining the process of calculating the tip displacement value using

본 발명에 따른 파괴인성 측정 방법은 소정의 시험편이 안착되는 안착부와, 상기 안착된 시험편의 상단에 기설정된 인장하중을 가하는 하중 인가부와, 상기 하중에 의해 상기 시험편에 발생되는 균열에 대한 변위정보를 측정하는 변위 측정부를 포함하는 시험 장치를 이용하여 수행되는 것이 바람직하다.The fracture toughness measurement method according to the present invention includes a seating part on which a predetermined test piece is seated, a load applying part for applying a predetermined tensile load to the upper end of the seated test piece, and displacement for cracks generated in the test piece by the load. It is preferably carried out using a test apparatus including a displacement measuring unit for measuring information.

이때, 상기 시험 장치는 구동 방식이나 형상에 따라 특정되지 않으며, 일반적인 재료 시험 장치에 필수적으로 포함되는 기본 구성(안착부, 하중인가부, 변위측정부)만 포함하면 되므로 이에 대한 자세한 설명은 생략하도록 한다.At this time, the test apparatus is not specified according to the driving method or shape, and it only needs to include the basic components (seating part, load applying part, and displacement measuring part) that are essential to a general material testing apparatus, so a detailed description thereof will be omitted. do.

이하, 전술한 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 소성회전계수를 고려한 이중클립게이지 기반의 파괴인성 측정 방법에 대해 설명하도록 한다.Hereinafter, a method for measuring fracture toughness based on a double clip gauge considering a plastic rotation coefficient according to a preferred embodiment of the present invention will be described with reference to the above drawings.

먼저, 기설정된 표준 규격에 따른 노치(22)가 형성된 시험편(10)을 준비하여 시험장치의 안착부에 안착시킨다(S100).First, a test piece 10 having a notch 22 according to a preset standard is prepared and seated on a seating part of the test apparatus (S100).

여기서, 상기 S100 단계에 준비되는 시험편(10)은, 영국 표준협회에 의해 표준화된 BS 7448 규격에 의거하여 제작되는 CTOD 시험편 중에서 컴팩트 인장 시험편(CT; Compact tension specimen)을 포함할 수 있다.Here, the test specimen 10 prepared in step S100 may include a compact tension specimen (CT) among CTOD specimens manufactured based on the BS 7448 standard standardized by the British Standards Association.

구체적으로, 상기 시험편(10)은 도 2에 도시된 바와 같이 소정 크기 및 두께의 평판으로 마련되며, 상단에 소정의 직경을 갖는 한 쌍의 통공(21)이 일정 간격 이격되어 형성되고, 상단 중앙에서 수직방향으로 내측으로 소정 깊이만큼 함몰되되 내측단에서 V자 형상으로 폭이 좁아지는 형태의 노치(22)가 형성된 상태일 수 있다.Specifically, the test piece 10 is provided as a flat plate of a predetermined size and thickness, as shown in FIG. 2 , a pair of through holes 21 having a predetermined diameter at the upper end are formed spaced apart by a predetermined interval, and the upper center It may be in a state in which the notch 22 in the form of being recessed by a predetermined depth in the vertical direction and narrowing in a V-shape at the inner end of the notch 22 may be formed.

이때, 상기 시험편(10)은 용접 구조물의 제작에 사용되는 강재에 대하여 전술한 BS 7448 규격에 의거하여 폭(C)의 값을 기준으로 기설정된 비례값을 갖도록 시험편(10)의 두께, 통공(21)의 직경, 노치(22)의 초기길이(a0) 등을 설계한 후 이에 따라 상기 강재를 방전 가공하여 제작될 수 있다.At this time, the test piece 10 is the thickness of the test piece 10 so as to have a predetermined proportional value based on the value of the width (C) based on the BS 7448 standard described above for the steel material used for the manufacture of the welded structure, the through hole ( After designing the diameter of 21), the initial length (a 0 ) of the notch 22, and the like, it can be manufactured by electric discharge machining of the steel material accordingly.

다음으로, 상기 시험편(10)의 상단에 소정의 안착면을 가지는 지그(J)를 설치하고, 상기 시험편(10)의 노치 입구와 인접한 위치에 변위 측정부를 설치한다(S200).Next, a jig (J) having a predetermined seating surface is installed on the upper end of the test piece 10, and a displacement measuring unit is installed at a position adjacent to the notch inlet of the test piece 10 (S200).

여기서, 상기 지그(J)는 한 쌍으로 마련되며 기설정된 두 개의 서로 상이한 높이값에 대응하는 안착면을 가지도록 설계될 수 있다.Here, the jig (J) is provided as a pair and may be designed to have seating surfaces corresponding to two preset height values different from each other.

예컨대, 도 3을 참조하면, 제1 지그(J1) 및 제2 지그(J2)는 시험편(10)의 상단면에 소정 간격 이격된 위치에 각각 설치되며, 노치(22)의 중앙선(31)에서 지그(J)의 중심까지의 거리는 'y'이고, 노치의 중앙선(31)을 기준으로 한 제1 지그(J1) 및 제2 지그(J2)까지의 거리는 각각 'x1' 및 'x2'이고, 시험편(10)의 상단면과 지그(J)의 제1 안착면(41) 사이의 거리는 'z1'이고, 시험편(10)의 상단면과 지그(J)의 제2 안착면(42) 사이의 거리는 'z2'로 정의된다.For example, referring to Figure 3, the first jig (J1) and the second jig (J2) are respectively installed at a predetermined distance spaced apart positions on the top surface of the test piece 10, at the center line 31 of the notch 22 The distance to the center of the jig (J) is 'y', and the distances to the first jig (J1) and the second jig (J2) based on the center line 31 of the notch are 'x1' and 'x2', respectively, The distance between the top surface of the test piece 10 and the first seating surface 41 of the jig (J) is 'z1', and between the top surface of the test piece 10 and the second seating surface 42 of the jig (J) The distance is defined as 'z2'.

아래의 표 1은 상기 지그(J)의 제1 높이값 및 제2 높이값을 2가지 케이스 각각에 대한 조건별로 정리하여 나타낸 것이다.Table 1 below shows the first height value and the second height value of the jig (J) by condition for each of the two cases.

case 1case 1 case 2case 2 h1 = z1 = 2mmh1 = z1 = 2mm h1 = z1 = 2mmh1 = z1 = 2mm h2 = z2 = 6mmh2 = z2 = 6mm h2 = z2 = 10mmh2 = z2 = 10mm

여기서, z1은 제1 높이값, z2은 제2 높이값, h1은 제1 선단에지값, h2는 제2 선단에지값을 나타내며, h1과 z1의 값이 같고, h2와 z2의 값이 같다.Here, z1 is a first height value, z2 is a second height value, h1 is a first leading edge value, and h2 is a second leading edge value. The values of h1 and z1 are the same, and the values of h2 and z2 are the same.

여기서, 상기 변위 측정부는 도 4에 도시된 바와 같이 한 쌍의 접촉단을 구비한 이중클립게이지(double clip gauge)를 포함할 수 있으며, 상기 한 쌍의 접촉단을 상기 지그(J)의 제1 안착면과 제2 안착면 중 어느 하나에 접촉시킨 상태로 시험편(10)의 변위정보를 측정하는 것일 수 있다.Here, the displacement measuring unit may include a double clip gauge having a pair of contact ends, as shown in FIG. It may be to measure the displacement information of the test piece 10 in a state in contact with any one of the seating surface and the second seating surface.

비록, 상기 도 1에 기재되어 있진 않으나, 상기 S200 단계 바로 다음에 노치(22)의 초기길이(a0)와 시험편(10)의 너비값(C)과 시험편(10)에 대한 하중선변위(LLD; Load Line Displacement) 값(W)을 각각 측정하는 단계(미도시)를 더 포함할 수도 있다.Although not described in FIG. 1, immediately after step S200, the initial length (a 0 ) of the notch 22 and the width value (C) of the test piece 10 and the load line displacement for the test piece 10 ( The method may further include (not shown) measuring each Load Line Displacement (LLD) value (W).

다음으로, 시험 장치의 하중 인가부를 이용해 노치(22)의 상단에 반복 인장하중을 부가하여 노치(22)의 내측단으로부터 내측 방향으로 연장되는 예비피로균열을 형성한다(S300).Next, a preliminary fatigue crack extending inward from the inner end of the notch 22 is formed by applying a repeated tensile load to the upper end of the notch 22 using the load applying unit of the test apparatus (S300).

여기서, 시험 장치의 하중 인가부는 상기 S100 단계에 준비된 시험편(10)의 상단에 형성된 통공(21)과 전기적으로 연결되어 상기 통공(21)에 일정 진폭의 반복 인장하중을 인가하되, 상기 인장하중의 크기가 해당 균열에 도달할 때까지 일정하도록 할 수 있다.Here, the load applying unit of the test apparatus is electrically connected to the through hole 21 formed at the upper end of the test piece 10 prepared in step S100 to apply a repetitive tensile load of a certain amplitude to the through hole 21, but the tensile load The size can be kept constant until the crack in question is reached.

이때, 노치(22)의 초기길이(a0)는 도 2에 도시된 바와 같이 시험편(10)의 통공(21)의 중심에서 노치(22)의 최하단까지의 수직거리로 정의된다.At this time, the initial length (a 0 ) of the notch 22 is defined as the vertical distance from the center of the through hole 21 of the test piece 10 to the lowest end of the notch 22 as shown in FIG. 2 .

다음으로, 상기 S300 단계에 형성된 예비피로균열에 준정적 인장하중을 적용하여 발생된 변위량을 산출한다(S400).Next, the amount of displacement generated by applying a quasi-static tensile load to the preliminary fatigue crack formed in step S300 is calculated (S400).

구체적으로, 상기 S400 단계에서는 시험 장치의 하중 인가부에 의해 준정적 인장하중을 부가함에 따른 상기 예비피로균열에 대한 입구 변위량(v1,v2)을 상기 S200 단계에 설치된 변위 측정부를 이용해 측정한 후 측정된 입구 변위량을 기설정된 소성힌지모델에 적용함에 따라 상기 예비피로균열의 선단에 대한 소성영역에서의 변위량(vp1,vp2)을 산출하는 것일 수 있다.Specifically, in step S400, the amount of inlet displacement (v1, v2) for the preliminary fatigue crack caused by applying a quasi-static tensile load by the load applying unit of the test apparatus is measured using the displacement measuring unit installed in the step S200 and then measured. It may be to calculate the amount of displacement (vp1, vp2) in the plastic region with respect to the tip of the preliminary fatigue crack according to the applied inlet displacement amount to the preset plastic hinge model.

여기서, 상기 S400 단계는 도 1에 도시된 바와 같이 입구변위량 측정 단계(S410), 하중-변위곡선 도출 단계(S420) 및 선단변위량 산출 단계(S430)를 포함할 수 있다.Here, the step S400 may include an entrance displacement measurement step (S410), a load-displacement curve derivation step (S420), and a tip displacement amount calculation step (S430) as shown in FIG. 1 .

입구변위량 측정 단계(S410)는 상기 예비피로균열의 입구에 대한 개구 변위량에 대응하는 제1 입구변위값(V1) 및 제2 입구변위값(V2)을 변위 측정부를 이용하여 각각 측정한다.In the entrance displacement measurement step (S410), the first entrance displacement value V1 and the second entrance displacement value V2 corresponding to the opening displacement with respect to the entrance of the preliminary fatigue crack are respectively measured using the displacement measurement unit.

여기서, 상기 S410 단계는 상기 변위 측정부를 상기 지그(J)의 제1 안착면에 접촉시킨 후 상기 제1 안착면에 기초한 높이(z1)에 대응하는 선단에지값(h1)에 대한 제1 입구변위값(V1)을 측정하고, 상기 변위 측정부를 상기 지그(J)의 제2 안착면에 접촉시킨 후 상기 제2 안착면에 기초한 높이(z2)에 대응하는 선단에지값(h2)에 대한 제2 입구변위값(V2)을 측정할 수 있다.Here, in step S410, the first entrance displacement with respect to the leading edge value h1 corresponding to the height z1 based on the first seating surface after the displacement measuring unit is brought into contact with the first seating surface of the jig J After measuring the value V1 and contacting the displacement measuring part with the second seating surface of the jig J, the second value for the leading edge value h2 corresponding to the height z2 based on the second seating surface The inlet displacement value (V2) can be measured.

하중-변위곡선 도출 단계(S420)는 기설정된 소성 힌지 모델에 기초하여 상기 인장하중에 대한 입구변위량 측정 단계(S410)에 측정된 제1 입구변위값(V1) 및 제2 입구변위값(V2)에 따른 하중-변위 곡선(P-V1-V2)을 도출한다.In the load-displacement curve deriving step (S420), the first entrance displacement value (V1) and the second entrance displacement value (V2) measured in the entrance displacement amount measurement step (S410) for the tensile load based on a preset plastic hinge model A load-displacement curve (P-V1-V2) is derived according to

여기서, 상기 하중-변위곡선은 도 5에 도시된 바와 같이 소정 재료에 대한 인장응력의 탄성 한계에 대응하는 항복점을 기준으로 소성영역(Ap)에 대한 소성변위구간(Vp)과 탄성변위구간(Ve)으로 구분 가능한 곡선 그래프를 포함할 수 있다.Here, the load-displacement curve is a plastic displacement section (Vp) and an elastic displacement section (Ve) for the plastic region Ap based on the yield point corresponding to the elastic limit of the tensile stress for a given material as shown in FIG. 5 . ) may include a curve graph that can be distinguished by

이와 관련하여, 상기 도 5에 기초한 소성 힌지 모델을 적용한 결과에 따라 도출되는 종래의 BS 7448 규격 기반의 CTOD 예측식은 아래의 수학식 1과 같다.In this regard, the conventional CTOD prediction equation based on the BS 7448 standard derived according to the result of applying the plastic hinge model based on FIG. 5 is as shown in Equation 1 below.

Figure pat00001
Figure pat00001

여기서, δpl은 파괴인성(CTOD)값, rp는 소성회전계수, W는 시험편(10)에 대한 하중선변위(LLD)값, a0는 노치 초기길이, Vp는 입구측 개구변위값을 나타낸다.Here, δ pl is the fracture toughness (CTOD) value, r p is the plastic rotation coefficient, W is the load line displacement (LLD) value for the specimen 10, a 0 is the initial length of the notch, and Vp is the opening displacement value at the entrance. indicates.

이때, 소성회전계수(rp)는 유한요소해석을 바탕으로 한 연구 해석을 통해 어느 하나의 고정된 값을 가지는 것으로 간주한다.At this time, the plastic rotation coefficient (r p ) is considered to have a fixed value through research analysis based on finite element analysis.

예컨대, 상기 도 10을 참조하여 설명하면, 범용적으로 사용되는 표준화된 BS 7448 규격에선 rp값을 "0.46"으로 간주하고, 그 외에는 연구 해석 방식에 따라 Kolednik에 의해 제시된 "0.57"이나 Yoichi와 Tomoya에 의해 제시된 "0.52"를 rp값으로 간주하고 있다.For example, referring to FIG. 10, the r p value is regarded as "0.46" in the universally used standardized BS 7448 standard. "0.52" suggested by Tomoya is considered as the r p value.

선단변위량 산출 단계(S430)는 상기 S420 단계에 의해 도출된 하중-변위 곡선에 따른 상기 탄성영역의 기울기에 기초하여 상기 예비피로균열의 선단(팁)에 대한 상기 소성영역에서의 개구 변위량에 대응하는 제1 선단변위값(Vp1) 및 제2 선단변위값(Vp2)을 산출한다.The tip displacement calculation step (S430) corresponds to the amount of opening displacement in the plastic region with respect to the tip (tip) of the preliminary fatigue crack based on the slope of the elastic region according to the load-displacement curve derived by the step S420. A first tip displacement value Vp1 and a second tip displacement value Vp2 are calculated.

여기서, 상기 S430 단계는 도 6에 도시된 바와 같이 종래의 이중클립게이지를 이용하는 SENT 시험편에 기초한 복수 개의 파라미터 각각에 대하여 삼각형의 닮음비를 적용한 결과에 기초하여 제1 선단변위값(Vp1) 및 제2 선단변위값(Vp2)을 산출할 수 있으며, 이에 따라 도출되는 BS 8571 규격 기반의 CTOD 예측식은 아래의 수학식 2와 같다.Here, in step S430, as shown in FIG. 6, the first tip displacement value (Vp1) and the second The tip displacement value (Vp2) can be calculated, and the CTOD prediction equation based on the BS 8571 standard derived accordingly is shown in Equation 2 below.

Figure pat00002
Figure pat00002

여기서, δpl은 파괴인성(CTOD)값, V1은 제1 입구변위값, V2는 제2 입구변위값, a0는 노치의 초기길이, z1 및 z2는 지그(J)에 대응하는 제1 선단에지값 및 제2 선단에지값을 나타낸다.Here, δ pl is the fracture toughness (CTOD) value, V1 is the first entry displacement value, V2 is the second entry displacement value, a 0 is the initial length of the notch, and z1 and z2 are the first tip corresponding to the jig (J). The edge value and the second leading edge value are shown.

다음으로, 상기 S400 단계에 의해 산출된 변위량과 기설정된 선단에지값에 기초하여 소성회전계수(rp) 및 파괴인성(CTOD) 예측값을 각각 산출한다(S500).Next, a plastic rotation coefficient (r p ) and fracture toughness (CTOD) predicted values are calculated based on the displacement amount calculated in step S400 and a preset tip edge value (S500).

여기서, 상기 S500 단계는 도 1에 도시된 바와 같이 소성회전계수 산출 단계(S510) 및 파괴인성 예측값 산출 단계(S520)를 포함한다.Here, the step S500 includes a plastic rotation coefficient calculation step (S510) and a fracture toughness predicted value calculation step (S520) as shown in FIG. 1 .

소성회전계수 산출 단계(S510)는, 상기 S430 단계에 의해 산출된 제1 선단변위값 및 제2 선단변위값(Vp1,Vp2)과, 상기 S200 단계에 시험편(10)의 상단에 설치된 지그(J)의 제1 안착면 및 제2 안착면에 기초한 높이(z1,z2)에 각각 대응하는 제1 선단에지값(h1) 및 제2 선단에지값(h2)에 기초하여 소성회전계수(rp)를 산출할 수 있다.In the plastic rotation coefficient calculation step (S510), the first tip displacement value and the second tip displacement value (Vp1, Vp2) calculated by the step S430, and the jig (J) installed on the upper end of the test piece 10 in the step S200 ) on the basis of the first leading edge value (h1) and the second leading edge value (h2) corresponding to the heights (z1, z2) based on the first seating surface and the second seating surface, respectively, the plastic rotation coefficient (r p ) can be calculated.

여기서, 상기 S510 단계는 전술한 상기 수학식 1 및 수학식 2를 소성회전계수(rp)에 관한 수식으로 정리한 아래의 수학식 3에 따라 산출될 수 있다.Here, the step S510 may be calculated according to Equation 3 below, in which Equations 1 and 2 described above are summarized as Equations related to the plastic rotation coefficient r p .

Figure pat00003
Figure pat00003

여기서, Vp1은 제1 선단변위값, Vp2는 제2 선단변위값, h1은 제1 선단에지값, h2는 제2 선단에지값을 나타내며, z는 h1과 같은 값을 가진다.Here, Vp1 is a first tip displacement value, Vp2 is a second tip displacement value, h1 is a first tip edge value, h2 is a second tip edge value, and z has the same value as h1.

파괴인성 예측값 산출 단계(S520)는 상기 S430 단계에 의해 산출된 제1 선단변위값(Vp1) 및 제2 선단변위값(Vp2)과, 상기 S510 단계에 의해 산출된 소성회전계수(rp)를 기저장된 CTOD 예측식에 포함되는 복수 개의 파괴역학 파라미터에 각각 적용한 결과에 기초하여 파괴인성(CTOD) 예측값을 산출한다.In the fracture toughness predicted value calculation step (S520), the first tip displacement value (Vp1) and the second tip displacement value (Vp2) calculated by the step S430 and the plastic rotation coefficient (r p ) calculated by the step S510 are A fracture toughness (CTOD) predicted value is calculated based on the results of applying each to a plurality of fracture mechanics parameters included in the pre-stored CTOD prediction equation.

여기서, 파괴인성(CTOD) 예측값(δ)은 도 5에 도시된 소성영역(Vp) 및 탄성영역(Ve) 각각에서의 파괴인성에 대한 소성 파괴인성값(δpl) 및 탄성 파괴인성값(δel)을 각각 구한 후 아래의 수학식 4와 같이 두 값을 합산하여 산출할 수 있다.Here, the predicted fracture toughness (CTOD) value (δ) is the plastic fracture toughness value (δ pl ) and the elastic fracture toughness value (δ) for fracture toughness in each of the plastic region (Vp) and the elastic region (Ve) shown in FIG. 5 . el ) can be calculated by summing the two values as shown in Equation 4 below.

Figure pat00004
Figure pat00004

이때, 소성 파괴인성값(δpl)은 전술한 상기 수학식 1에 따라 산출되고, 탄성 파괴인성값(δel)은 아래의 수학식 5에 따라 산출될 수 있다.In this case, the plastic fracture toughness value (δ pl ) may be calculated according to Equation 1 above, and the elastic fracture toughness value (δ el ) may be calculated according to Equation 5 below.

Figure pat00005
Figure pat00005

여기서, K는 평면 변형률 파괴인성값, υ는 포아송비, E는 탄성계수, σYS는 온도 및 하중속도에 대한 재료의 항복강도를 나타낸다.Here, K is the plane strain fracture toughness value, υ is the Poisson's ratio, E is the modulus of elasticity, and σ YS is the yield strength of the material with respect to temperature and load rate.

전술한 바와 같이, 본 발명에 따른 파괴인성 측정 방법에 의하면 종래의 경우보다 소성변형을 더 민감하게 측정하는 특징을 가진다는 점에서, 상기 특징을 이용하여 본 발명에 따른 파괴인성 측정 방법을 복수 회 반복해서 수행함에 따른 분석 결과와 종래의 분석 결과를 비교한 결과는 다음과 같다.As described above, according to the method for measuring fracture toughness according to the present invention, the method for measuring fracture toughness according to the present invention is performed multiple times by using the above characteristic in that it has the characteristic of measuring plastic deformation more sensitively than in the conventional case. The results of comparing the analysis results performed repeatedly with the conventional analysis results are as follows.

이와 관련하여, 도 7은 종래의 단일클립게이지를 이용하여 하나의 선단에지값을 기준으로 복수 회 측정한 하중에 따른 변위값에 대응하는 제1 하중-변위 곡선을 측정회차별로 구분하여 나타낸 비교 그래프이고, 도 8은 도 1의 하중-변위곡선 도출 단계에서 제1 조건 및 제2 조건 각각에 따라 기설정된 두 개의 선단에지값을 기준으로 복수 회 측정한 하중에 따른 변위값에 대응하는 제2 하중-변위 곡선 및 제3 하중-변위 곡선을 각각 도출한 후 측정회차별로 구분하여 나타낸 비교 그래프이고, 도 9는 도 1의 선단변위량 산출 단계에서 상기 제2 하중-변위 곡선 및 제3 하중-변위 곡선 각각에 기초하여 예비피로균열의 선단에 대한 선단변위값을 도출하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.In this regard, FIG. 7 is a comparative graph showing the first load-displacement curve corresponding to the displacement value according to the load measured a plurality of times based on one tip edge value using a conventional single clip gauge divided by measurement times. and FIG. 8 is a second load corresponding to the displacement value according to the load measured a plurality of times based on the two tip edge values preset according to each of the first and second conditions in the load-displacement curve derivation step of FIG. 1 . - It is a comparative graph showing the displacement curve and the third load-displacement curve after deriving each of the measurement times, and FIG. 9 is the second load-displacement curve and the third load-displacement curve in the tip displacement calculation step of FIG. It is a diagram for explaining the process of deriving the tip displacement value for the tip of the preliminary fatigue crack based on each.

먼저, 아래의 표 2는 상기 도 7에 도시된 상기 제1 하중-변위 곡선에 대응하여 상기 수학식 1,4,5에 따라 산출된 파괴인성(CTOD)값을 측정회차별로 정리하여 표로 나타낸 것이다.First, Table 2 below summarizes the fracture toughness (CTOD) values calculated according to Equations 1, 4 and 5 corresponding to the first load-displacement curve shown in FIG. .

Test numbertest number CTOD [mm]CTOD [mm] #1#One 0.610.61 #2#2 0.630.63 #3#3 0.670.67 #4#4 0.680.68 #5#5 0.760.76 #6#6 0.770.77

예컨대, 상기 표 2를 참조하면, CTOD 값은 0.61mm에서 0.77mm의 범위의 값을 가지고 편차는 0.16mm임을 확인할 수 있고, 표준규격인 BS 7448 기반의 소성회전계수(rp)값을 적용한 경우(#2)의 파괴인성(CTOD)값은 두번째로 낮은 값인 0.63mm으로 나타났다는 점에서, 종래 방식의 경우엔 소성 변형에 대한 민감도 부족으로 인하여 CTOD 값의 편차가 크게 발생한 것으로 판단할 수 있다.For example, referring to Table 2, it can be seen that the CTOD value has a value in the range of 0.61 mm to 0.77 mm and the deviation is 0.16 mm, and when the plastic rotation coefficient (r p ) value based on the standard BS 7448 is applied In that the fracture toughness (CTOD) value of (#2) was 0.63 mm, which is the second lowest value, it can be judged that the CTOD value deviation was large due to the lack of sensitivity to plastic deformation in the case of the conventional method.

다음으로, 본 발명의 경우, 전술한 상기 표 1에 기재된 제1 조건(Case 1) 및 제2 조건(Case 2)에 기초하여 상기 S100 단계 내지 상기 S420 단계를 6회 반복하여 수행함에 따라 도 8에 도시된 바와 같이 측정 회차별로 구분되는 제2 하중-변위 곡선 및 제3 하중-변위 곡선을 도출하고, 도 9에 도시된 바와 같이 상기 도 8에 기초한 하중-변위 곡선에 삼각형 닮음비를 적용한 결과로써 제1 선단변위값(Vp1) 및 제2 선단변위값(Vp2)을 산출할 수 있다.Next, in the case of the present invention, as the steps S100 to S420 are repeated 6 times based on the first condition (Case 1) and the second condition (Case 2) described in Table 1, FIG. 8 As a result of deriving a second load-displacement curve and a third load-displacement curve divided by each measurement cycle as shown in Fig. 9, and applying a triangular similarity ratio to the load-displacement curve based on Fig. The first tip displacement value Vp1 and the second tip displacement value Vp2 may be calculated.

상기 도 8에 따른 결과를 분석해보면, 최대 하중(Fm)은 약 55kN에서 60kN 정도이며, 재료의 항복 지점 직후 갑작스런 하중의 하락과 변위의 증가가 나타나는 현상(pop-in)은 별도로 발생하지 않았고, 제1 입구변위값(V1)과 제2 입구변위값(V2)의 차이는 평균값 기준으로 제1 조건(Case 1)의 경우엔 '0.31mm'이고 제2 조건(Case 2)의 경우엔 '0.43mm'이므로 지그(J)의 제2 안착면에 대응하는 높이값(z2)이 증가함에 따라 약 27% 증가함을 확인할 수 있다.When analyzing the results according to FIG. 8, the maximum load (Fm) is about 55 kN to 60 kN, and a sudden drop in load and an increase in displacement immediately after the yield point of the material (pop-in) did not occur separately, The difference between the first inlet displacement value (V1) and the second inlet displacement value (V2) is '0.31mm' in the case of the first condition (Case 1) and '0.43 in the case of the second condition (Case 2) based on the average value. mm', it can be seen that the height value z2 corresponding to the second seating surface of the jig J increases by about 27%.

따라서, 클립형 게이지의 설치 높이 차이가 커질수록 입구변위값(CMOD)의 차이가 발생하고 그 결과는 파괴인성에 영향을 미치는 소성회전계수(rp)값을 키워 구조물 설계 시 위험한 결과를 초래할 것으로 판단하게 된다.Therefore, as the installation height difference of the clip-type gauge increases, the difference in the entry displacement ( CMOD ) occurs. will do

다음으로, 아래의 표 3은 전술한 상기 도 8에 도시된 제1 조건(Case 1)에 따른 상기 제2 하중-변위 곡선과 제2 조건(Case 2)에 따른 상기 제3 하중-변위 곡선 각각에 대응하여 상기 수학식 3에 따라 산출된 소성회전계수(rp) 값을 측정회차별로 정리하여 표로 나타낸 것이다.Next, Table 3 below shows the second load-displacement curve according to the first condition (Case 1) shown in FIG. 8 and the third load-displacement curve according to the second condition (Case 2), respectively. Corresponding to Equation 3, the plastic rotation coefficient (r p ) values calculated according to the measurement times are summarized and shown in a table.

Test numbertest number rp r p Case 1Case 1 Case 2Case 2 #1#One 0.630.63 0.800.80 #2#2 0.640.64 0.760.76 #3#3 0.550.55 0.750.75 #4#4 0.680.68 0.750.75 #5#5 0.670.67 0.800.80 #6#6 0.610.61 0.790.79

예컨대, 상기 표 3을 참조하면, 제1 조건(Case 1)일 때의 소성회전계수(rp)는 '0.63'에서 '0.68'의 값으로 나타나고, 제2 조건(Case 2)일 때의 소성회전계수(rp)는 '0.63'에서 '0.68'의 값으로 나타남에 따라, 지그(J)에 마련된 제1 안착면 및 제2 안착면 각각에 대응하는 제1 높이값(z1) 및 제2 높이값(z2)의 차이(z2-z1)가 클수록 소성회전계수(rp) 값이 크게 계산됨을 확인할 수 있다.For example, referring to Table 3, the plastic rotation coefficient (r p ) under the first condition (Case 1) ranges from '0.63' to '0.68', and the firing rate under the second condition (Case 2). As the rotation coefficient r p is expressed as a value of '0.63' to '0.68', the first height value z1 and the second It can be seen that the greater the difference (z2-z1) of the height value (z2) is, the greater the plastic rotation coefficient (r p ) value is calculated.

또한, 상기 도 10에 도시된 종래의 유한요소해석을 바탕으로 한 연구 해석 결과별로 제안된 소성회전계수(rp) 값과 비교할 때, 전술한 제1 조건(Case 1)과 제2 조건(Case 2) 중에서는 제2 높이값(z2)이 더 작은 제1 조건(Case 1)일 때 소성회전계수(rp) 값에 대한 더욱 합리적인 결과를 얻는 것으로 판단할 수 있다.In addition, when compared with the plastic rotation coefficient (r p ) value proposed for each research analysis result based on the conventional finite element analysis shown in FIG. 10 , the first condition (Case 1) and the second condition (Case 1) Among 2), it can be determined that a more reasonable result for the plastic rotation coefficient (r p ) value is obtained when the second height value z2 is smaller than the first condition (Case 1).

다음으로, 도 11을 참조하여 종래와 본 발명 각각의 측정 방식에 따라 복수 회 측정된 파괴인성값의 범위 및 편차를 비교한 결과는 다음과 같다.Next, with reference to FIG. 11 , the results of comparing the ranges and deviations of fracture toughness values measured a plurality of times according to each measurement method of the prior art and the present invention are as follows.

구체적으로, 상기 도 11에는, 상기 도 7에 도시된 상기 제1 하중-변위 곡선에 대응하는 상기 표 3에 기재된 측정회차별 파괴인성(CTOD)값의 범위 및 편차값을 나타낸 제1 그래프(11)와, 상기 도 8에 도시된 제1 조건(Case 1)에 따른 상기 제2 하중-변위 곡선과 제2 조건(Case 2)에 따른 상기 제3 하중-변위 곡선 각각에 대응하는 상기 표 3에 기재된 측정 회차별 소성회전계수(rp) 값을 상기 수학식 1,4,5에 적용함에 따라 파괴인성(CTOD)값을 산출한 후 산출된 파괴인성(CTOD)값의 범위 및 편차값을 나타낸 제2 그래프(12) 및 제3 그래프(13)가 각각 도시되어 있다.Specifically, in FIG. 11, a first graph 11 showing the range and deviation values of the fracture toughness (CTOD) values for each measurement cycle described in Table 3 corresponding to the first load-displacement curve shown in FIG. 7 . ) and the second load-displacement curve according to the first condition (Case 1) shown in FIG. 8 and the third load-displacement curve according to the second condition (Case 2) in Table 3 corresponding to each The range and deviation of the calculated fracture toughness (CTOD) value after calculating the fracture toughness (CTOD) value by applying the plastic rotation coefficient (r p ) value for each measurement cycle described above to Equations 1, 4, 5 A second graph 12 and a third graph 13 are shown respectively.

상기 도 11에 따른 결과를 분석해보면, 종래 방식에 따른 파괴인성(CTOD) 값의 범위는 '0.6mm'에서 '0.75mm'이고 발생된 편차는 '0.15mm'인 것으로 나타나는 데 반해, 본 발명의 제1 조건(Case 1)에 따른 파괴인성(CTOD) 값의 범위는 '0.66mm'에서 '0.69mm'이고 발생된 편차는 '0.03mm'인 것으로 나타나므로, 본 발명에 의해 산출된 파괴인성(CTOD)값의 편차가 종래 방식의 CTOD값의 편차 대비 약 5배 정도 감소함을 확인할 수 있고, 이러한 원인으로는 본 발명의 상기 수학식 3에 기초한 소성회전계수(rp)를 산출하는 방식에 의해 소성 변형 민감도를 증가시킴으로써 CTOD 편차값을 감소시킨 것으로 판단할 수 있다.Analysis of the results according to FIG. 11 shows that the range of fracture toughness (CTOD) values according to the conventional method is '0.6 mm' to '0.75 mm' and the generated deviation is '0.15 mm', whereas that of the present invention Since the range of the fracture toughness (CTOD) value according to the first condition (Case 1) is '0.66 mm' to '0.69 mm' and the generated deviation is '0.03 mm', the fracture toughness (CTOD) calculated by the present invention ( It can be seen that the deviation of the CTOD ) value is reduced by about 5 times compared to the deviation of the CTOD value of the conventional method. It can be judged that the CTOD deviation value is reduced by increasing the plastic deformation sensitivity.

이에 따라, 전술한 본 발명에 의하면, 파괴인성 예측값의 산출 시 시험편의 예비균열선단에 발생하는 소성변형에 영향을 주는 소성회전계수 값을 수정하여 종래의 경우보다 소성변형을 더 민감하게 측정할 수 있다.Accordingly, according to the present invention described above, when calculating the fracture toughness predicted value, the plastic rotation coefficient value that affects the plastic deformation occurring at the pre-crack tip of the test piece is corrected, so that the plastic deformation can be measured more sensitively than in the conventional case. have.

또한, 본 발명에 따르면, 파괴인성 시험 특성상 동일 강재에 대한 여러 번의 반복 측정이 필수로 요구되는데 측정횟수별로 산출한 결과값의 편차가 종래 대비 짧은 시간 내에 안정적으로 산출되므로, 시험 관련 불필요한 시간 및 인력 소모를 단축할 수 있다.In addition, according to the present invention, due to the nature of the fracture toughness test, repeated measurement of the same steel material is required several times, and since the deviation of the result calculated for each number of measurements is stably calculated within a short time compared to the prior art, unnecessary time and manpower related to the test are required. consumption can be reduced.

또한, 본 발명에 따르면, 재료의 파괴인성 측정 시 범용적으로 사용되는 시험편에 대한 소성 변형의 민감도 및 정확도를 향상함으로써 대규모의 자본이 투입되는 조선 및 해양구조물의 구조적 무결성을 신뢰성 있게 평가하여 경제성을 확보할 수 있다.In addition, according to the present invention, by improving the sensitivity and accuracy of plastic deformation for a test piece used for general purpose when measuring the fracture toughness of a material, the structural integrity of shipbuilding and offshore structures in which large-scale capital is invested can be reliably evaluated to improve economic feasibility. can be obtained

이상, 바람직한 실시예를 통하여 본 발명에 관하여 상세히 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니며 특허청구범위 내에서 다양하게 실시될 수 있다.As mentioned above, although the present invention has been described in detail through preferred embodiments, the present invention is not limited thereto and may be practiced in various ways within the scope of the claims.

특히, 전술한 내용은 후술할 발명의 청구범위를 더욱 잘 이해할 수 있도록 본 발명의 특징과 기술적 강점을 다소 폭넓게 상술하였으므로, 상술한 본 발명의 개념과 특정 실시예는 본 발명과 유사 목적을 수행하기 위한 다른 형상의 설계나 수정의 기본으로써 즉시 사용될 수 있음이 해당 기술 분야의 숙련된 사람들에 의해 인식되어야 한다.In particular, since the foregoing has rather broadly described the features and technical strengths of the present invention in order to better understand the claims of the present invention to be described later, the concept and specific embodiments of the present invention described above are suitable for carrying out purposes similar to the present invention. It should be recognized by those skilled in the art that it can be used immediately as a basis for designing or modifying other shapes for

또한, 상기에서 기술된 실시예는 본 발명에 따른 하나의 실시예일 뿐이며, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술적 사상의 범위에서 다양한 수정 및 변경된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 개시된 실시예는 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 하고, 이러한 다양한 수정 및 변경 또한 본 발명의 기술적 사상의 범위에 속하는 것으로 전술한 본 발명의 청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.In addition, the embodiment described above is only one embodiment according to the present invention, and it can be implemented in various modifications and changed forms within the scope of the technical spirit of the present invention by those of ordinary skill in the art. You will understand. Accordingly, the disclosed embodiments are to be considered in an illustrative rather than a restrictive view, and such various modifications and changes are also indicated in the claims of the present invention described above as falling within the scope of the technical spirit of the present invention, and equivalent scope All differences therein should be construed as being included in the present invention.

10: 시험편
21: 통공
22: 노치
41: 제1 안착면
42: 제2 안착면
10: test piece
21: through hole
22: notch
41: first seating surface
42: second seating surface

Claims (3)

소정의 시험편이 안착되는 안착부와, 상기 안착된 시험편의 상단에 기설정된 인장하중을 가하는 하중 인가부와, 상기 하중에 의해 상기 시험편에 발생되는 균열에 대한 변위정보를 측정하는 변위 측정부를 포함하는 시험 장치를 이용한 파괴인성 측정 방법에 있어서,
기설정된 표준 규격에 따른 노치가 형성된 시험편을 준비하여 상기 안착부에 안착시키는 단계;
상기 시험편의 상단에 소정 높이의 안착면을 가지는 지그를 설치하고, 상기 노치 입구와 인접한 위치에 상기 변위 측정부를 설치하는 단계;
상기 하중 인가부를 이용해 상기 노치의 상단에 일정 진폭의 반복 인장하중을 부가하여 상기 노치의 내측단으로부터 내측 방향으로 연장되는 예비피로균열을 형성하는 단계;
상기 변위 측정부를 상기 지그의 안착면에 접촉시킨 상태로 준정적 인장하중을 적용하여 상기 예비피로균열의 입구에 대한 변위량을 측정한 결과에 기초하여 상기 예비피로균열의 선단에 기초한 소성영역에서의 변위량을 산출하는 단계; 및
상기 산출된 소성영역에서의 변위량과 상기 안착면과 상기 시험편의 상단면 사이의 높이차에 기초하여 상기 소성영역에 대한 소성회전계수 값과 파괴인성 예측값을 각각 산출하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 소성회전계수를 고려한 이중클립게이지 기반의 파괴인성 측정 방법.
A seating part on which a predetermined test piece is seated, a load applying part for applying a predetermined tensile load to the upper end of the seated test piece, and a displacement measuring part for measuring displacement information about cracks generated in the test piece by the load. In the fracture toughness measurement method using a test device,
preparing a notched test piece according to a preset standard and placing it on the seating part;
installing a jig having a seating surface of a predetermined height on the upper end of the test piece, and installing the displacement measuring unit at a position adjacent to the notch inlet;
forming a preliminary fatigue crack extending inward from the inner end of the notch by applying a repetitive tensile load of a predetermined amplitude to the upper end of the notch using the load applying unit;
The displacement amount in the plastic region based on the tip of the preliminary fatigue crack based on the result of measuring the displacement amount at the entrance of the preliminary fatigue crack by applying a quasi-static tensile load with the displacement measuring part in contact with the seating surface of the jig calculating ; and
Calculating, respectively, a plastic rotation coefficient value and a predicted fracture toughness value for the plastic region based on the calculated displacement amount in the plastic region and the height difference between the seating surface and the top surface of the test piece; A method for measuring fracture toughness based on a double clip gauge considering the plastic rotation coefficient.
제1항에 있어서,
상기 지그는 기설정된 두 개의 서로 상이한 높이값에 대응하는 제1 안착면 및 제2 안착면을 가지는 것이며,
상기 변위량을 산출하는 단계는,
상기 변위 측정부의 접촉단을 상기 제1 안착면 및 제2 안착면에 각각 접촉시킨 상태로 상기 하중 인가부에 의해 준정적 인장하중을 부가함에 따른 상기 예비피로균열의 입구에 대한 개구 변위량에 대응하는 제1 입구변위값 및 제2 입구변위값을 각각 측정하는 단계;
소정 재료에 대한 인장응력의 탄성 한계에 대응하는 항복점을 기준으로 탄성영역과 소성영역으로 구분 가능하도록 기설정된 소성 힌지 모델에 기초하여 상기 인장하중에 대한 상기 제1 입구변위값 및 제2 입구변위값에 따른 하중-변위 곡선을 도출하는 단계; 및
상기 도출된 하중-변위 곡선에 따른 상기 탄성영역의 기울기와, 상기 제1 안착면 및 제2 안착면 각각으로부터 상기 시험편의 상단면 사이의 높이차에 대응하는 제1 선단에지값 및 제2 선단에지값에 기초하여, 상기 예비피로균열의 선단에 대한 상기 소성영역에서의 개구 변위량에 대응하는 제1 선단변위값 및 제2 선단변위값을 산출하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 소성회전계수를 고려한 이중클립게이지 기반의 파괴인성 측정 방법.
According to claim 1,
The jig is to have a first seating surface and a second seating surface corresponding to two preset height values different from each other,
Calculating the displacement amount includes:
Corresponding to the amount of opening displacement for the entrance of the preliminary fatigue crack by applying a quasi-static tensile load by the load applying unit in a state in which the contact end of the displacement measuring unit is in contact with the first and second seating surfaces, respectively. measuring a first entrance displacement value and a second entrance displacement value, respectively;
The first inlet displacement value and the second inlet displacement value for the tensile load based on a predetermined plastic hinge model so that it can be divided into an elastic region and a plastic region based on a yield point corresponding to an elastic limit of tensile stress for a predetermined material. deriving a load-displacement curve according to and
The inclination of the elastic region according to the derived load-displacement curve, the first leading edge value and the second leading edge corresponding to the difference in height between the first and second seating surfaces, respectively, and the top surface of the test piece Based on the value, calculating a first tip displacement value and a second tip displacement value corresponding to the amount of opening displacement in the plastic region with respect to the tip of the preliminary fatigue crack; A method for measuring fracture toughness based on a double clip gauge considered.
제2항에 있어서,
상기 예비피로균열을 형성하는 단계와 상기 변위량을 산출하는 단계 사이에,
상기 노치의 초기길이와 상기 시험편의 너비값과 상기 시험편에 대한 하중선변위값을 각각 측정하는 단계;를 더 포함하며,
상기 예측값을 산출하는 단계는,
상기 측정된 상기 노치의 초기길이, 상기 시험편의 너비값 및 하중선변위값과, 상기 산출된 제1 선단변위값, 제2 선단변위값, 제1 선단에지값 및 제2 선단에지값에 기초하여 상기 소성회전계수를 산출하는 단계; 및
상기 산출된 소성회전계수, 제1 선단변위값 및 제2 선단변위값을 기저장된 CTOD 예측식에 포함되는 복수 개의 파괴역학 파라미터에 각각 적용한 결과에 기초하여 파괴인성 예측값을 산출하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 소성회전계수를 고려한 이중클립게이지 기반의 파괴인성 측정 방법.




3. The method of claim 2,
Between the step of forming the preliminary fatigue crack and the step of calculating the amount of displacement,
Measuring the initial length of the notch, the width value of the test piece, and the load line displacement value for the test piece, respectively; further comprising,
Calculating the predicted value includes:
Based on the measured initial length of the notch, the width value of the test piece, and the load line displacement value, and the calculated first tip displacement value, the second tip displacement value, the first tip edge value, and the second tip edge value calculating the plastic rotation coefficient; and
Calculating a fracture toughness predicted value based on the result of applying the calculated plastic rotation coefficient, the first tip displacement value, and the second tip displacement value to a plurality of fracture mechanics parameters included in the pre-stored CTOD prediction equation, respectively; A method for measuring fracture toughness based on a double clip gauge considering the plastic rotation coefficient, characterized in that.




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