유한요소법을 이용한 용접구조물의 취성균열진전 해석모델 개발

Abstract

More interest has been lately paid to the damage and fracture of steel structures. As industry develops and economy grows, increasing traffic volume and frequency are more attributed to the fracture of a steel bridge and furthermore the use of thick materials become problematic with other structures as high-strength steel is used and its technology develops. That is, increasing thickness of materials used for a steel structure poses change and problem to welding method. Increasing thickness increases welding time and cost. To compensate this shortcoming, high-heat input welding is preferred. High-heat input welding has different distribution of residual stress from existing welding methods because of high temperature at welding spot and its adjacent area. And it has been reported that residual stress and deformation caused by welding decrease the usability and strength of a structure, eventually leading to fatigue failure. Even a study reported Brittle crack propagation by welding. For these reasons, it is necessary to conduct a study on the safety improvement of a steel structure against ist fracture. To develop the model of Brittle crack propagation analysis, the present study established analytical factors that affect crack propagation through parametric analysis. With the established factors, this study compared the two results of crack propagation analysis and experiment by changing thickness of basic material. With the findings, this study also examine the impact of residual stress on Brittle crack propagation by welding method.|최근에는 강구조물의 파손 및 파괴에 대한 관심이 많이 생기고 있다. 산업기술의 발전과 경제성장으로 인한 교통량의 증가와 빈도수 증가가 강교량의 파괴원인이고 다른 구조물에서는 고강도 강재의 사용과 기술발전으로 인한 두꺼운 재료사용이 문제가 되고 있다. 강구조물에 사용한 재료의 두께증가에 따른 용접방법의 변화도 문제가 되고 있다. 두께의 증가로 인해 용접시간과 비용이 증가하게 되는데 이를 보완하기 위해 대입열 용접을 선호하게 된 것이다. 대입열 용접은 높은 열기에 의해 용접부와 부근에 높은 열기로 인해 기존의 잔류응력과 다른 분포를 띄게 되고 용접에 의해 발생하는 잔류응력과 변형은 구조물의 사용성과 강도를 떨어뜨리는 원인이 되어 피로파괴에 영향을 준다고 보고되어 있고 용접에 의한 취성균열진전연구도 보고되어 있다. 이런 이유들로 강구조물의 파괴에 대한 안전성 향상을 위한 연구가 요구된다. 본 연구에서는 취성균열진전해석 모델개발을 위해 균열진전에 영향을 주는 해석적 인자를 Parametric해석을 통해 정립하였다. 정립된 인자들을 기본으로 모재의 두께 변화에 따른 균열진전해석결과와 실험결과를 비교분석하였다. 또한 그 결과를 바탕으로 용접방법에 따른 잔류응력이 취성균열진전에 미치는 영향을 검토하였다.