Journal of Korean Society of Steel Construction (한국강구조학회 논문집)

Korean Society of Steel Construction (한국강구조학회)
권호 표지

Experimental Study on Evaluation of Fatigue Crack Growth Rate of Steel Plates using Crack Opening Displacement

COD(Crack Opening Displacement) 측정을 통한 강재의 피로균열진전속도 추정에 관한 실험적 연구

  • 김광진 (부산대학교 사회환경시스템공학과) ;
  • 김인태 (부산대학교 사회환경시스템공학부) ;
  • 류용열 (부산대학교 사회환경시스템공학과)
  • Received : 2010.05.26
  • Accepted : 2010.11.25
  • Published : 2010.12.27
Download PDF
⟨ Previous Next ⟩

Abstract

Steel structures have a higher probability of being damaged by fatigue than by other causes of deterioration. As such, their maintenance to prevent fatigue damage is essential to sustain their safety and performance during their service period. In their maintenance, the current state of their fatigue cracks must be assessed to determine appropriate reinforcement methods and the suitable time intervals of periodic inspections when fatigue cracks are detected. Determining the crack growth rate is a successful method of predicting fractures, but it requires technical knowledge on fracture mechanics and experience in numerical methods and software for finite element analysis. In this study, a fatigue crack growth test on through-thickness cracked steel plates was conducted to assess the crack growth rate without superior technical knowledge and experience. The relationship between the Crack Opening Displacement (COD) and the crack growth rate was found in relatively long fatigue cracks.

강구조물의 점검시 피로균열이 발견되는 경우에는 보수 보강 시행의 결정과 구조물의 점검주기 결정을 위한 균열의 현재 상태평가와 앞으로의 균열진행 정도에 대한 정량적인 예측이 요구된다. 피로균열에 대한 손상도 평가는 파괴역학 파라미터를 이용한 균열진전속도와 취성파단의 여부 결정이 대표적인 방법으로 파괴역학에 관한 전문적인 지식과 함께 수치해석 프로그램의 활용능력이 필요하다. 이에, 본 연구에서는 피로손상도 평가 방법에 관한 다양성을 확보하고, 파괴역학에 대한 전문적인 지식이 없는 기술자가 피로균열에 의한 강구조물의 손상도를 간편하게 평가 할 수 있는 방법을 개발하기 위한 첫 단계로, 관통균열 시험편을 이용한 균열진전시험을 실시하였다. 그리고 피로균열 표면으로부터 측정된 COD(Crack Opening Displacement)의 크기와 측정위치를 이용하여, 균열진전속도를 추정하기 위한 파라미터를 도출하고, 그 타당성을 분석하였다. 그리고 관통균열이 있는 시험편의 형상, 응력범위, 그리고 응력비에 상관없이 COD를 이용하여 피로균열진전속도를 추정할 수 있는 방법을 제시하였다.

Keywords

References

  1. 경갑수, 최영재(1996) 강구조부재의 피로균열성장에 미치는 제인자에 관한 연구(I), 한국강구조학회논문집, 제8권, 제2호, pp.263-271.
  2. 김광진, 김인태(2009) 개구변위를 이용한 강재의 피로균열진전 속도 추정에 관한 기초적 연구, 제35회 대한토목학회 정기학술대회 논문집, pp.377-380.
  3. 김민건, 지정근(1993) CRACK 개구변위에 기초한 미소피로크랙 전파법칙의 고찰, 강원대학교 산업기술연구소 논문집, 제3권, pp.49-57.
  4. 장동일(2000) 구조공학에서의 파괴와 피로, 동명사, pp.139-176.
  5. 한국도로교통협회, 도로교설계기준 2005, 건설정보, pp.69-78.
  6. 城野政弘, 송지호(2006) 피로균열, 인터비젼.
  7. 大倉一郞(1998) 강교의 피로, 건설도서.
  8. 일본강구조협회(2000) 강구조물의 피로설계지침․동해설, 과학기술.
  9. Blochwitz, C., Tirschler, W., and Weidner, A. (2003) Crack opening displacement and propagation rate of microstructurally short cracks, Materials Science and Engineering A, Vol. 357, Issues 1-2, pp. 264-269. https://doi.org/10.1016/S0921-5093(03)00212-0
  10. Elber, W. (1971) The Significance of Fatigue Crack Closure, ASTM STP 486, pp.230-242.
  11. Hobbacher, A.F. (2009) The new IIW recommendations for fatigue assessment of welded joints and components - A comprehensive code recently updated, International Journal of Fatigue, Volume 31, Issue 1, pp.50-58. https://doi.org/10.1016/j.ijfatigue.2008.04.002
  12. Kim, K.J. and Kim, I.T. (2009) Experimental Study on Crack Opening Displacement Approach to Assess Crack Growth Rate of Through-thickness Cracked Plates, The 10th Japan-Korea Joint Symposium on Steel Bridges, Nagasaki University, Nagasaki, Japan.
  13. Murakami, Y. (1987) Stress intensity factors handbook, Pergamon Press, Vol.1, pp.9-10.
  14. Richter, R., Tirschler, W., and Blochwitz, C. (2001) In-situ scanning electron microscopy of fatigue crack behaviour in ductile materials, Materials Science and Engineering A, Vol. 313, Issues 1-2, pp. 237-243. https://doi.org/10.1016/S0921-5093(01)01138-8