N5-0430분
파괴역학 CTOD·J-적분
LEFM, EPFM, 파괴인성시험, ECA
🟡Referenced — 전문가 참조
🟡 Referenced
선형탄성파괴역학(LEFM)
균열이 존재하는 부재에서 응력확대계수(K)는 균열 선단의 응력장 세기를 나타냅니다.
K = Y × σ × √(π × a)
여기서 Y는 형상계수, σ는 원거리 응력, a는 균열 길이입니다. K가 재료의 파괴인성(KIC)에 도달하면 급속 파괴가 발생합니다.
KIC는 재료 고유의 물성치로, 두꺼운 시편(평면변형률 조건)에서 측정합니다. KIC 값이 높을수록 균열에 대한 저항성이 큽니다.
🟡 Referenced
탄소성파괴역학(EPFM)
LEFM은 균열 선단의 소성역이 작을 때 유효합니다. 용접부처럼 잔류응력이 크거나 항복강도가 낮은 경우에는 소성역이 커지므로 EPFM을 적용합니다.
CTOD(Crack Tip Opening Displacement, δ)는 균열 선단의 개구 변위를 직접 측정하는 파라미터입니다. BS 7448에 따라 3점 굽힘 시편으로 시험하며, 임계 CTOD(δc)가 클수록 인성이 좋습니다.
J-적분(J-integral)은 균열 선단 주위의 에너지 해방률을 나타내는 경로 독립 적분입니다. ASTM E1820에 따라 시험하며, 탄성 영역에서 J = K²/E (평면응력) 관계가 성립합니다.
🟡 Referenced
ECA(Engineering Critical Assessment)
BS 7910은 결함이 있는 구조물의 건전성을 평가하는 국제 표준입니다. FAD(Failure Assessment Diagram)를 사용하여 평가합니다.
- X축(Lr): 하중비 = 작용응력 / 항복강도 → 소성 붕괴 가능성
- Y축(Kr): 균열비 = K_applied / KIC → 취성파괴 가능성
- FAD 곡선 내부: 안전 영역
- FAD 곡선 외부: 파괴 위험
ECA는 용접부 결함이 발견되었을 때 "보수해야 하는가, 그대로 사용해도 되는가"를 공학적으로 판단하는 데 활용됩니다.
CTOD 시험에서 노치 위치가 매우 중요합니다. 용접금속(WM), 열영향부(HAZ), 모재(BM) 각각에서 시험해야 하며, 특히 HAZ의 조직 변화가 큰 부위(CGHAZ)에서 가장 낮은 인성이 나타나는 경우가 많습니다.
KIC, CTOD, J-integral은 모두 파괴인성을 나타내는 파라미터이며, 적용 범위가 다릅니다. LEFM 조건(소규모 항복)이면 KIC, 대규모 항복이면 CTOD 또는 J-integral을 사용합니다.
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결함 정보 수집
NDT(UT, RT 등)로 검출된 결함의 크기, 위치, 방향을 정확히 기록합니다. 표면 결함인지 매몰 결함인지를 구분하고, BS 7910 규정에 따라 결함을 등가 균열로 모델링합니다.
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Kr / Lr 계산
Kr = K_applied / K_mat (파괴비)와 Lr = σ_ref / σ_y (하중비)를 계산합니다. K_applied는 결함 크기와 작용응력으로부터, σ_ref는 참조응력 해를 사용하여 산정합니다.
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FAD에 타점
계산된 (Lr, Kr) 좌표를 FAD(Failure Assessment Diagram) 위에 타점합니다. FAD 곡선은 Option 1(간략), Option 2(재료 곡선 기반), Option 3(J-적분 기반) 중 선택합니다.
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안전성 판정
타점이 FAD 곡선 내부(원점 쪽)에 위치하면 안전, 곡선 위 또는 외부이면 파괴 위험으로 판정합니다. 안전 여유가 부족하면 보수 또는 사용 조건 변경을 검토합니다.
파괴역학 시험 함정 5종 1. "LEFM vs EPFM 사용 시점?" → LEFM = 소규모 항복(취성). EPFM = 대규모 항복(연성). 강은 두께·온도에 따라. 2. "응력확대계수 K_I 공식?" → K_I = Y·σ·√(πa) (Y=형상계수, a=균열길이). 균열 선단 응력 강도. 3. "CTOD vs J-적분 — 단위?" → CTOD = mm (균열 선단 개구변위), J = N/mm = kJ/m² (단위면적 에너지). 4. "Paris 법칙?" → da/dN = C·(ΔK)^m. 강 m ≈ 3, Al m ≈ 4. 피로 균열 진전 속도. 5. "BS 7910 FAD 평가에서 Kr·Lr?" → Kr=취성 파괴 비, Lr=소성 붕괴 비. 둘 다 1 이내 + FAD 곡선 안쪽이 안전.
🎯 퀴즈 준비 중 ()