저온용 스테인레스 강재(SUS304)의 파단 변형률 평가 = Assessment of Failure Strain for Low Temperature Stainless Steel (SUS304)

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

SUS304, one of the representative low temperature stainless steels, is generally applied to cryogenic outfitting parts, valves and structure members for ship and offshore plant. Recently SUS304 is used in the structure member of LNG cargo hold and marine loading arm according to the extension of development of shale gas. In this paper, a fundamental study on elasto-plastic numerical analysis method is carried out to predict the material behavior of SUS304 focusing on strain hardening, strain rate hardening and failure. At first, theoretical backgrounds with respect to the strain hardening, the strain rate hardening and the failure are reviewed. Tensile test of SUS304 is carried out to applied to the elasto-plastic numerical analysis. In the elasto-plastic numerical analysis, general finite element analysis program, ABAQUS/EXPLICIT is used, and the material behavior results from the numerical analysis are compared to the test.

국문 초록 (Abstract)

대표적인 저온용 강재 중에 하나인 SUS304 소재는 선박과 해양플랜트의 저온 구조용 소재와 기자재 부품, 밸브류 등에 많이 적용되고 있으며, 특히 셰일가스의 개발의 활성화와 심해 가스 유전 개발의 확대에 따른 LNG 운반선의 수요 증가로 LNG 화물창의 구조용 강재와 해양로딩암과 같은 LNG 이송용 기자재의 구조용 소재로 많이 적용되고 있다. 본 논문에서는 SUS304 재료의 거동을 예측할 수 있는 정적경화, 동적경화 및 파단을 중심으로 한 탄소성 해석기법에 관한 기초 연구를 수행하였다. 우선 변형률 경화(strain hardening)에 의한 정적경화, 변형률 속도 경화(strain rate hardening)에 의한 동적경화 그리고 파단에 관한 여러 이론적 배경에 대해서 고찰하였다. 다음으로 SUS304 재료의 인장시험을 수행하였고, 인장시험의 결과를 바탕으로 탄소성 유한요소해석을 수행하였다. 탄소성 해석은 범용 유한요소해석 프로그램인 ABAQUS/EXPLICIT를 사용하였고 수치해석적 재료거동 현상의 결과를 시험결과의 비교 검토하였다.

목차 (Table of Contents)

• 제1장 서론 1
• 제1절 연구의 배경 및 연구의 목적 1
• 제2절 정적 경화 3
• 1. 정적 경화의 소개 3
• 2. 진응력-진변형률 4
• 3. 정적 경화 구성 방정식 8
• 제3.절 동적 경화 11
• 1. 동적 경화 이론 11
• 2. 동적 경화 구성 방정식 12
• 3. 동적 경화 구성 방정식 재료 상수 13
• 제4절 파단 이론 14
• 1. 파단 발생현상 14
• 2. 상수형 전단파단 조건 15
• 3. Johnson-cook 전단 파단 조건 17
• 4. 성형 한계선도 조건 17
• 5. 기공률 파단 조건 18
• 6. 연속체 손상 역학 파단 조건 22
• 제2장 본론 23
• 제1절 SUS304 재료의 인장시험 23
• 1. 시험 장비 및 시편 형상 23
• 1) 인장 시험 장비 23
• 2) 인장 실험의 시편 설계 기준 및 형상 25
• 2. 인장 시험 과정 및 시험 결과 26
• 1) 시편에 대한 인장 시험 조건 26
• 2) 인장 시험 과정 27
• 3) 인장 시험 결과 28
• 제2절 SUS304 재료의 탄소성 해석 31
• 1. 재료 모델링 31
• 2. 유한 요소 모델링 32
• 3. 수치 해석 결과 35
• 4. 인장 실험과 수치 해석 결과 비교 38
• 제3장 결론 및 향후 연구 41
• 참고문헌 43
• 국문초록 44