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해석과 실험을 결합한 구리 박막의 파괴인성 평가

Evaluation of Fracture Toughness of Copper Thin Films by Combining Numerical Analyses and Experimental Tests

  • 김현규 (서울과학기술대학교 기계자동차공학과) ;
  • 오세영 (서울과학기술대학교 기계자동차공학과) ;
  • 김광수 (서울과학기술대학교 기계자동차공학과) ;
  • 이행수 (울산과학대학교 디지털기계학부) ;
  • 김성웅 (재료연구소) ;
  • 김재현 (한국기계연구원)
  • Kim, Hyun-Gyu (Dept. of Mechanical and Automotive Engineering, Seoul National University of Science & Technology) ;
  • Oh, Se-Young (Dept. of Mechanical and Automotive Engineering, Seoul National University of Science & Technology) ;
  • Kim, Kwang-Soo (Dept. of Mechanical and Automotive Engineering, Seoul National University of Science & Technology) ;
  • Lee, Haeng-Soo (Mechanical Engineering, Ulsan College) ;
  • Kim, Seong-Woong (Korea Institute of Materials Science (KIMS)) ;
  • Kim, Jae-Hyun (Korea Institute of Machinery & Materials (KIMM))
  • 투고 : 2012.07.26
  • 심사 : 2012.09.19
  • 발행 : 2013.02.04

초록

본 연구에서는 해석과 실험을 결합하여 $15{\mu}m$ 두께 구리 박막의 파괴인성을 평가하였다. 박막의 균열 진전 실험에서 관측된 영상과 동일한 균열 열림 형상을 보이는 국부-전체 유한요소 해석 모델의 원거리장 하중 조건을 역문제로 구성하여 구하게 된다. 단순화시킨 원거리장 하중 조건을 사용하여 유한요소 해석을 하였으며 균열 선단의 J-적분을 통하여 파괴인성을 평가하였다. 실험에서는 균열이 있는 구리 박막을 알루미늄 판에 붙여서 하중을 간접적으로 부여하였으며, 현미경 카메라를 사용하여 균열의 열림을 관측하였다. 마이크로 인장시험기를 사용하여 구리 박막의 응력-변형률 곡선을 구하였으며 구리 박막의 결정립 크기를 관측하기 위하여 투과전자현미경(TEM)을 사용하였다. 본 연구서는 $500nm{\sim}1{\mu}m$ 크기 결정립을 갖는 구리 박막의 파괴인성은 $6,962J/m^2$ 으로 평가되었다.

키워드

박막;파괴인성;역문제;균열 열림 형상;유한요소 해석

과제정보

연구 과제 주관 기관 : 서울과학기술대학교

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