디지털 이미지 상관법과 유한요소법을 이용한 인장 하중에서 Al6061-T6 시편의 노치효과 관찰

Abstract

Al6061-T6는 강도가 높고 내부식성이 좋아 공업용 Pipe나 구조물을 만드는 재료로 사용된다. 기계부품이나 구조물에 사용됨에 있어 용도에 따라 형상의 변화와 노치가 존재 할 수 있다. 노치가 존재하면 구조물에 부하 작용 시 응력집중이 발생하여 기계부품의 강도가 떨어지고 사용 수명이 줄어들 수 있다. 이러한 노치는 형상, 크기, 깊이에 따라 발생하는 노치효과의 정도가 다를 수 있다. 알루미늄과 같은 연성 재료에 발생하는 연성파괴는 소성변형, 응력삼축도와 관계되는 것으로 보고되고 있다. 본 연구에서는 폭의 길이가 같고 노치 반경이 큰 (L-notched) U형 평판 시편과 노치 반경이 작은 (S-notched) U형 평판 시편을 준비하였고 인장 하중을 주어 디지털 이미지 상관법(digital image correlation, DIC)을 사용하여 변형률 분포 차이를 관찰하였다. 또한, 유한요소법을 사용하여 디지털 이미지 상관법의 결과를 검증하였고 응력삼축도의 분포 및 거동을 계산하였다. 측정결과 S-notched 시편은 L-notched 시편보다 더 작은 영역의 소성변형이 발생하였고 파괴 직전까지 최대 변형률은 비교적 낮게 나타났다. S-notched의 경우 변형률이 노치 선단에 집중적으로 분포하였으며, L-notched의 경우는 변형률이 시편 중심 부위에 집중적으로 분포하는 것을 확인하였다. 응력삼축도의 거동을 보면 L-notched의 경우 파단 직전에 시편 중심부위에서 제일 높게 나타났고 S-notched의 경우 노치 선단에서 제일 높게 나타났다. S-notched 시편의 파괴가 노치 선단부터 발생하고, L-notched 시편의 파괴는 시편 중심 부 부터 발생 할 것이라 예측할 수 있으며, 이 결과는 DIC실험을 통해 검증하였다.