The Thickness Effect on the Determination of Fracture Toughness Jic

파괴인성치 Jic 결정에 대한 시험편 두께의 영향에 관한 연구

Recent Experimental results show that the J integral can be effectively used to obtain a valid parameter for predicting plane strain and plane stress fracture. However, only a few research results have been reported for the effect of thickness where the plane strain state can not be assumed. A purpose of this study is to find the behavior of fracture touhness and tearing modulus varing the specimen thickness. The type of specimen in the present study is compact tension (CT). The thicknesses of the low carbon steel specimens that are used in the experiments are 5, 10, 15, 20 and 25mm. The measurement of crack length is taken by optical measurements method. From the study, the followings are found; 1) The fracture toughness and the tearing modulus which are obtained by using Yoon's and Simpson's formula show more conservative than that by using Rice's and Merkel's. 2) The fracture toughness is increase in specimen thickness which is reached 15mm. Beyond this thickness the fracture toughness is decreased in specimen thickness. 3) In the case of CT specimen with the thickness ranging from 5 to 25mm, the tearing modulus which is applied the same J integral equation is almost constant. 4) By using Yoon's formula, the correlation of the plane slress fracture toughness J sub(C) with specimen thickness B is expressed as the following formula. J sub(C)/J sub(IC)=1.7-15.1(B/W)+112.9(B/W) super(2) -301.3(B/W) super(3) +260.6(B/W) super(4)

본 연구에서는 J 적분을 이용하여 두께의 변화에 따른 파괴인성치의 거동을 검토하기 위하여 두께 25mm의 일반구조용 압연강판을 평면가공하여 두께 5, 10, 15, 20, 25mm의 CT 시험편을 제작하였다. 이때 크랙비는 z=0.60인 상태에서 두께를 변화시켜가면서 파괴인성수 J 하(C)와 열단계수 T의 거동을 고찰하였다. 얻어진 결과를 요약하면 다음과 같다. 1) 평면응력 파괴인성치 J 하(C)는 각각의 두께에 대하여 Merkle식에 의한 결과가 가장 높게 나타나고 Rice식, Simpson식, Yoon식의 순서로 나타난다. 2) 평면응력 파괴인성치 J 하(C)는 동일한 J 적분식을 적용하였을 때 두께가 감소함에 따라 증가하였다가 두께 15mm를 기준으로 다시 감소한다. 3) Yoon식을 사용할 경우 평면응력 파괴인성치 J 하(C)와 시험편 두께 B의 상관관계를 무차원화시켜 다음과 같은 실험식을 얻었다. J 하(C)/J 하(IC)=1.7-15.1(B/W)+112.9(B/W) 상(2) -301.3(B/W) 상(3) +260.6(B/W) 상(4) R=0.999 4) 열단계수 T는 각각의 두께에 대하여 Merkle식에 의한 결과가 가장 높게 나타나며, Rice식, Simpson식, Yoon식에 의한 결과의 순으로 나타난다. 5) 열단계수 T는 각각의 단면의 두께에 대하여 동일한 J 적분식을 적용하였을 때 두께의 변화에 따라 거의 일정한 값을 나타내며, 이에 많은 대한 연구 검토가 요망된다