적외선 열화상 측정법을 이용한 원공노치를 갖는 금속의 열소산 거동 분석과 피로한도 결정

Abstract

기계 구조물이 동하중을 받으면 피로현상이 일어나면서 피로파괴가 생길 수 있다. 따라서 피로한도의 측정은 구조물의 안전 설계를 위해 중요하다. 피로한도의 측정에 있어 기존에 사용되는 계단식 방법은, 약 25개의 시편을 가지고 사이클 이상의 피로시험을 거쳐야하기 때문에 많은 시간이 소요되는 단점이 있다. 이러한 단점을 보완하기 위해 비접촉식 적외선 열화상기법을 이용한 피로한도 측정이 시도되었으나 시편형상에 따라 수명 측정값의 불확실성이 존재하는 한계가 있다. 본 연구에서는 Al6061과 STS304를 소재로 하여 원공노치 유무에 따른 시편을 가지고, 열화상기법을 통해 소산열의 변화를 획득하고 이를 이용한 피로한도 거동의 해석을 기반으로 온도변화 측정법을 제안하였다. 또한 피로한도를 측정하는데 있어 데이터의 보정방법과 유효한 데이터의 획득 방법을 예시하였다. 소재의 인장시험을 수행하여 열탄성효과와 소산열효과를 확인하였으며, 평활재 시편과 원공노치 시편을 완전교번하중 (R=-1)으로 부하하여 피로시험을 수행하고 피로한도를 측정하였다. 피로시험시 균열의 발생과 진전과정은 CCD카메라와 IR카메라를 통해 동시에 촬영하여 비교하였다. 또한, 정확한 피로한도를 측정하는데 있어 열측정위치, 하중주파수, 측정사이클 등 여러 요인을 비교하여 각 요인들이 피로한도에 미치는 영향을 연구하였다. 이들 시험인자와 측정위치를 고려하여 개선한 Hayabusa방법을 제안하고 OCM(one curve method)과 TCM(two curve method)으로 피로한도를 측정하였다. 이들 측정값을 이전연구에서 동일한 소재의 원공노치 시편으로 측정한 피로한도 값과 비교평가 하였다. 또한 이전 연구자들의 측정방법과 비교하여 개선한 Hayabusa방법의 타당성을 입증하였으며 OCM이 TCM보다 더 정확한 측정으로 나타났다.