완화된 평형조건을 만족하는 응력함수를 가지는 3절점 혼합 곡선보요소

김진곤,Kim, Jin-Gon 한국전산구조공학회 2008 한국전산구조공학회논문집 Vol.21 No.2

본 연구에서는 완화된 평형조건을 만족하는 응력함수를 가지는 새로운 3절점 혼합요소를 제안하였다. 전단변형률을 고려한 본 요소는 Hellinger-Reissner 변분이론에 바탕하여 유한요소정식화를 수행하였다. 응력함수는 강체변형모드를 제거하고, 장일치(field consistency) 개념을 이용하여 곡선보의 극한거동에서 가성구속조건들을 억제할 수 있도록 선정하였다. 또한, 3절점 곡선보의 혼합정식화에서 강체변형모드를 제거하면서 동시에 평형방정식을 완전하게 만족하는 응력함수와 응력매개변수를 선정하는 것은 매우 어렵기 때문에 완화된 평형조건을 만족할 수 있는 응력함수를 도입하였다. 해석결과를 통하여, 제안된 3절점 혼합 곡선보요소가 곡선보의 해석에서 세장비와 곡률에 상관없이 매우 빠른 수렴성과 안정적인 거동을 나타냄을 확인할 수 있었으며, 응력분포 계산에 있어서도 기존 혼합요소보다 뛰어난 성능을 보여주었다. In this study, we propose a new three-node hybrid-mixed curved beam element with the relaxed-equiribrium stress functions for static analysis. The proposed element considering shear deformation is based on the Hellinger-Reissner variational principle. The stress functions are carefully chosen from three important considerations: (i) all the kinematic deformation modes must be suppressed, and (ii) the spurious constraints must be removed in the limiting behaviors via the field-consistency, and (iii) the relaxed equilibrium conditions could be incorporated because it might be impossible to select the stress functions and parameters to fully satisfy both the equiribrium conditions and the suppression of kinematic deformation modes in the three-node curved beam hybrid-mixed formulation. Numerical examples confirm the superior and stable behavior of the proposed element regardless of slenderness ratio and curvature. Besides, the proposed element shows the outstanding performance in predicting the stress resultant distributions.

원자로 압력용기 용접부의 응력완화 기술개발현황

이경호 대한용접·접합학회 2021 대한용접학회 특별강연 및 학술발표대회 개요집 Vol.2021 No.5

본 논문은 원자력발전소 1차 냉각수에 의한 부식응력크랙(Primary Water Stress Corrosion Crack) 완화기술에 대해 기술하고자 한다. 원전도입 초창기의 압력용기 재질은 Alloy 600 계열의 재료가 사용되었다. Alloy 600은 원전 1차냉각수 화학환경에서 부식에 취약한 특성이 있는 것으로 알려져 있다. 특히 원자로용기 상부 및 하부헤드의 노즐부위는 용접으로 인해 인장응력이 잔류하고 있어 부식현상에 취약한 경향을 보이고 있다. 원전 운영자는 이를 해결하기 위해 계획예방정비 기간 중 보수를 하거나 원자로 상부헤드를 교체하고 있다. 해외 원전에서도 원자로 하부헤드의 노즐에서 부식에 의한 냉각수 누설이 발생한 경우가 있어 근본적인 조치가 필요한 것으로 파악된다. 이와 관련하여 일본, 미국 등 해외에서는 PWSCC현상을 해결하기 위해 재질의 표면응력을 개선한 피닝기술을 개발하여 적용하고 있으며, 이는 부식현상 해결뿐만 아니라 검사주기 연장에 따른 검사회수 감소로 발전소 운영효율을 향상시킬 수 있는 장점이 있다. 현재 원전에 상용화 되고 있는 기술은 레이저 및 워터젯 피닝기술이 있다. 피닝기술은 배관 용접부에 압축충격하중을 부가하여 용접부의 인장잔류응력을 압축응력으로 바꾸어 PWSCC 발생을 예방한다. 일본에서는 2000년 초반에 상용화가 시작되었으며, 미국 원전에서도 2010년대 중반부터 본격적으로 원전현장에 적용하고 있다. 따라서 국내 원전에서도 가동년수가 증가함에 따라 피닝기술 적용이 요구되고 있어서 기술개발의 필요성이 증대하고 있다. 최근 ASME Sec.Ⅲ NB-4451(2019년판)에서도 용접부위 결함보수는 응력완화 기술이 적용되지 않으면 용접부 보수를 할 수 없도록 규정하고 있다. 따라서 향후 신규건설 원전에서는 피닝기술을 의무적으로 적용해야 할 것으로 예측하고 있다. 본 논문에서는 1차측 기기의 응력완화기술 적용을 위해 현재까지 개발된 피닝기술 개발내용을 검토하고, 건설원전 뿐만 아니라 가동중 원전의 설비개선에도 적용될 수 있는 기술을 고찰하고자 한다.

고강도강(POSTEN60, POSTEN80) 용접접합부의 잔류응력

장경호,이진형,Chang, Kyong Ho,Lee, Chin Hyung 한국강구조학회 2004 韓國鋼構造學會 論文集 Vol.16 No.5

대부분의 용접재는 용접 후 빠른 속도로 냉각하는 과정에서 재료조직의 변화, 즉 상변태(마르텐사이트변태)가 일어난다. 그리고 이러한 상변태에 의한 체적의 팽창은 특히 고강도강재의 용접시 용접부의 잔류응력완화에 기여한다. 따라서 고강도강을 적용한 강구조물 접합부의 잔류응력 특징을 파악하기 위해서는 고강도강 용접시 상변태가 잔류응력완화에 미치는 효과를 정량적으로 평가할 수 있는 수치적 모델을 확립해야 한다. 본 연구에서는 고강도강 용접시 상변태에 의한 체적의 팽창이 잔류응력 완화에 미치는 영향을 잔류응력 측정 실험을 통하여 조사하였고, 이를 바탕으로 상변태에 의한 잔류응력완화를 고려한 고강도강 및 이종강재 용접접합부의 잔류응력 특징을 3차원 열탄소성 해석기법 개발을 통하여 재현하였다. Most of ferrous b.c.c weld materials may experience martensitic transformation during rapid cooling after welding. And it is well known that volume expansion due to phase transformation could influence in the case of welding of high tensile strength steels on the relaxation of welding residual stress. To apply this effect practically, it is a prerequisite to establish a numerical model which is able to estimate the effect of phase transformation on residual stress relaxation quantitatively. In this study, we investigated the effect of phase transformation on the relaxation of welding residual stress through experiment. And three-dimensional thermal elastic-plastic FEM analysis is conducted to reproduce the effect of phase transformation on the relaxation of welding residual stress. Also we carried out the analysis of welding residual stress in welds of similar or dissimilar steels considering the effect of residual stress relaxation due to phase transformation.

강구조상세부의 피로저항능력 개선을 위한 응력완화홀 적용성 평가

정경섭,남승훈,김경남,양건봉,Jung, Kyoung Sup,Nam, Seung Hoon,Kim, Kyoung Nam,Yang, Keon Bong 한국강구조학회 2013 韓國鋼構造學會 論文集 Vol.25 No.5

강교량에는 외력에 대해 저항하는 부재의 좌굴 등의 변형을 구속시키기 위한 여러 상세부들이 존재한다. 이들 상세부는 상호 교차하는 부재들로 구성되고 제작의 용이성, 용접결함의 원천적 배제 및 응력집중을 완화시키기 위해 스켈럽을 이용해 왔다. 본 연구에서는 교차부에 발생되는 응력집중으로 상세범주 D등급 이하를 갖게 되는 강교량 상세부의 피로저항 능력을 상세범주 C등급 이상으로 개선시키는 방안으로 응력완화홀(SRH)을 제안하였다. 적절한 크기 및 위치의 SRH 효과를 확인하고 이를 강바닥판교의 U-rib와 가로보 교차부에 작용시켜 SRH에 의한 피로저항능력 개선 가능성을 확인하였다. In steel bridges, there are several details that constrain the deformation such as buckling by external forces. Most of these details which are composed of the intersection members have scallops in order to exclude the weld defects inherently and to get the ease of fabrication and also to decrease the stress concentration. In this study, stress relief hole (SRH) near stress concentration zone with detail category D or under is proposed as a method to improve the resistance on the fatigue crack initiation to detail category C. And the effects of the appropriate size and location of SRH were examined and the applicability to improve the fatigue resistance of the floorbeam web and the rib wall at rib/floorbeam intersection in the orthotropic steel deck bridge was evaluated.

응력 완화를 위한 추진제 그레인 폼 코아 형상 설계

이상원(Sangwon Lee),조원만(Wonman Cho),정규동(Gyoodong Jung),이방업(Bangeop Lee) 한국추진공학회 2015 한국추진공학회 학술대회논문집 Vol.2015 No.5

고체로켓모터는 작동온도와 압력에 따라서 추진제의 접착면 및 그레인 내부에 응력 및 변형율이 발생한다. 이 응력과 변형율값이 추진제의 물성 극한값을 초과하면 추진제의 균열과 접착분리가 발생되므로, 추진제의 연소면적을 급속히 증가시켜 내압이 빠르게 증가하고 연소관이 고온가스에 노출되어 폭발에 이르게한다. 본 연구에서는 부츠를 적용하기 어려운 이중 펄스로켓의 2단 모터에 추진제 그레인의 응력 완화를 위해 1/4 원 모양의 폼 코아 형상을 설계하였다. Abaqus code를 이용하여 접착 응력 및 변형율을 해석하고, 추진제의 물성치와 비교하여 안전율을 계산하였으며, P-Groove 형상을 기본으로한 폼 코아 형상을 수정하여 응력과 변형율을 완화시키는 형상을 도출하였다. Stress and strain in the propellant grain are generated by operating temperature and pressure in the solid rocket motor. If the stress and strain results exceed the ultimate values of the propellant, cracks and surface separation are occurred in the propellant grain. Those phenomena caused the catastrophic motor failure by rapid pressure rise according as increasing the burning surface. This study is presented quarter circle shaped foam core for a stress reliever in the second stage of dual pulse rocket motor. The stress and strain are analyzed by means of Abaqus code, and safety factors are calculated to the physical properties of the propellant. The foam core shapes with basic P-Groove are modified and analyzed for the final shape to relieve the stress and strain.

Eyring-Halsey 모델의 유동파라메타로부터 열역학 성질과 자체 확산

김남정,Kim, Nam Jeong 대한화학회 2014 대한화학회지 Vol.58 No.3

Poly(methyl acrylate)-poly(acrylonitrile) 공중합체의 응력완화 실험은 용매기를 부착한 인장 시험기를 사용하여 여러 온도의 공기 중, 증류수 용액에서 실행하였다. Eyring-Halsey 모델의 이론적인 응력완화식에 응력완화 실험 결과를 적용하여 여러 가지 유동 파라메타를 계산하였다. 비결정성 영역에서의 유동단위의 고찰을 위하여 유동 파라메타와 결정크기로부터 섬유고분자 물질의 자체확산, 홀 부피, 점성, 열역학파라메타 등을 계산하였다. 이들 시료의 유동 파라메타는 유동 단위의 홀부피, 자체확산, 유동 열역학 파라메타와 직접적인 연관을 갖는 것으로 규명되었다. The stress relaxation of poly(methyl acrylate)-poly(acrylonitrile) copolymer samples were carried out in air and distilled water at various temperatures using the tensile tester with the solvent chamber. The rheological parameters were obtained by applying the experimental stress relaxation curves to the theoretical equation of the Eyring-Halsey non-Newtonian model. The self diffusion, hole volume, viscosities, and thermodynamic parameters of copolymer samples were calculated from rheological parameters and crystallite size in order to study of flow segments in amorphous region. It was observed that the rheological parameters of these copolymer samples are directly related to the self diffusion, hole volume, viscosities, and thermodynamic parameters of flow segments.

제어봉구동장치 관통노즐 용접부의 잔류응력 완화를 위한 연구

이승건(Seung-Gun Lee),김종성(Jong-Sung Kim),진태은(Tae-Eun Jin) 대한기계학회 2004 대한기계학회 춘추학술대회 Vol.2004 No.4

In this study, we proposed new method to mitigate tensile welding residual stress for preventing PWSCC in CRDM nozzle. Residual stress analysis using finite element method is performed to confirm benefit of the new method. In case of applying existing method, tensile axial residual stress decrease by about 28% and tensile hoop residual stress decrease by about 33%. In case of applying the new method, tensile axial residual stress decrease by about 32% and tensile hoop residual stress decrease by about 43%. Therefore, we conclude the new proposed method is more effective to prevent PWSCC than existing method.

강구조상세부의 피로저항능력 개선을 위한 응력완화홀 적용성 평가

정경섭,남승훈,김경남,양건봉 한국강구조학회 2013 韓國鋼構造學會 論文集 Vol.26 No.5

In steel bridges, there are several details that constrain the deformation such as buckling by external forces. Most of these details which are composed of the intersection members have scallops in order to exclude the weld defectsinherently and to get the ease of fabrication and also to decrease the stress concentration. In this study, stress relief hole(SRH) near stress concentration zone with detail category D or under is proposed as a method to improve the resistance onthe fatigue crack initiation to detail category C. And the effects of the appropriate size and location of SRH were examinedand the applicability to improve the fatigue resistance of the floorbeam web and the rib wall at rib/floorbeam intersection inthe orthotropic steel deck bridge was evaluated. 강교량에는 외력에 대해 저항하는 부재의 좌굴 등의 변형을 구속시키기 위한 여러 상세부들이 존재한다. 이들 상세부는 상호교차하는 부재들로 구성되고 제작의 용이성, 용접결함의 원천적 배제 및 응력집중을 완화시키기 위해 스켈럽을 이용해 왔다. 본 연구에서는교차부에 발생되는 응력집중으로 상세범주 D등급 이하를 갖게 되는 강교량 상세부의 피로저항 능력을 상세범주 C등급 이상으로 개선시키는방안으로 응력완화홀(SRH)을 제안하였다. 적절한 크기 및 위치의 SRH 효과를 확인하고 이를 강바닥판교의 U-rib와 가로보 교차부에 작용시켜 SRH에 의한 피로저항능력 개선 가능성을 확인하였다.

용매 환경에서의 폴리아미드 고분자 재료의 자체확산과 유변학적인 특성

김남정 한국응용과학기술학회 2019 한국응용과학기술학회지 Vol.36 No.4

The self diffusion, hole volume, and flow thermodynamic parameters of polyamide fibers were calculated from rheological parameters and crystallite size in order to study of flow segments in amorphous region. The stress relaxation of polyamide filament fibers were carried out in air and various solvents at various temperatures using the tensile tester with the solvent chamber. The rheological parameters were obtained by applying the experimental stress relaxation curves to the theoretical equation of the Ree-Eyring and Maxwell non-Newtonian model. It was observed that the rheological parameters of these polyamide filament fibers are directly related to the relaxation spectra, self diffusion, viscosities, and activation energies of flow segments. 비결정성 영역에서의 유동단위의 고찰을 위하여 유동 파라메타와 결정크기로부터 폴리아미드 섬유고분자 물질의 자체확산, 홀 부피, 유동 열역학 파라메타 등을 계산하였다. 폴리아미드 섬유의 응력 완화 실험은 용매기를 부착한 인장 시험기를 사용하여 여러 온도의 공기, 증류수, 산, 염기 용액에서 실행하였다. REM 모델의 이론적인 응력완화 식에 응력완화 실험 결과를 적용하여 여러 가지 유동 파라메 타를 계산하였다. 이들 시료의 유동 파라메타는 완화 스펙트럼, 자체확산, 점도 및 유동 활성화 에너지와 직접적인 연관을 갖는 것으로 규명되었다.

가로리브와 U리브 용접부의 피로강도 향상을 위한 응력완화홀

정경섭,남승훈,양건봉,김경남,Jung, Kyoung Sup,Nam, Seung Hoon,Yang, Keon Bong,Kim, Kyoung Nam 한국강구조학회 2014 韓國鋼構造學會 論文集 Vol.26 No.5

연구대상인 강바닥판교의 U-리브와 가로리브를 교차하는 접합부에 대한 연구는 지속적으로 이루어지고 있으나 아직까지는 현재 적용되고 있는 스캘럽 자체 또는 내부의 다이아프램 형상을 개발 이용하고 있는 정도이다. 근본적으로 문제가 되고 있는 교차부 U-리브 하단 부위의 피로손상을 줄이기 위해, 본 연구를 통하여 제시된 SRH, 즉, U-리브가 교차하는 가로리브의 적절한 위치에 적합한 크기의 원형의 구멍을 두는 방안에 대하여 검토하였다. 최종적으로 원형 SRH가 강바닥판교의 U-리브와 가로리브 교차부 응력집중을 충분히 완화시킬 수 있음을 확인하였고, 이 부위의 구조상세의 피로손상을 방지할 수 있는 방안 중 하나로 SRH를 제안할 수 있었다. On going researches which are being made on the welded joints at the intersections of closed ribs such as U-ribs with floor-beams in ortho-tropic steel decks still have been used the shape of scallops with or with not diaphragm inside. Stress Relief Hole(SRH) being presented in this study was investigated in order to reduce the fatigue damage in the intersections of U-rib with floor-beam. Finally, it is verified that circular SRHs sufficiently relief the concentration stress at the intersections of U-rib with floor-beam and shows that SRH can be offer one of the methods that can prevent the fatigue damage in these structural details.