피로 균열 전파 시험

피로 파괴는 균열 발생과 파괴까지의 성장 과정을 결합한 2단계 과정이다. HBK는 균열 성장 모델을 다양하게 제공하며, 균열 성장을 정확하게 예측할 수 있도록 지원하는 턴키 방식의 시험 및 특성 분석 서비스를 제공합니다.

견적 요청

$AMCT crack growth test with extensometer and fractire gauge$

피로 균열 성장 곡선

피로 균열 성장 거동은 일반적으로 균열 성장률 곡선으로 표현되며, 이는 재료 내 균열이 주기적 하중 하에서 어떻게 전파되는지를 보여준다.

이 곡선은 일반적으로 세 가지 영역으로 구분됩니다: 지역 I: 균열 성장 속도가 매우 느리며, 측정 가능한 성장이 발생하지 않는 임계 응력집중계수(∆K_th)의 영향을 받음; 지역 II는 파리 법칙 영역으로, 균열 성장 속도가 재료별 계수(C)와 지수(n)를 가진 파리 법칙에 의해 안정적이고 예측 가능한 경향을 보입니다; 지역 III는 균열 성장 속도가 재료의 파괴 인성(K_c)에 접근함에 따라 급격히 가속되어 최종 파괴로 이어지는 영역입니다.

AMCT crack growth test with extensometer

피로 균열 전파 시험

피로 균열 성장 시험은 일반적으로 노치 끝단에 날카롭고 자연스러운 초기 균열을 생성하기 위한 사전 균열을 통해 시작되며, 이는 현실적인 균열 발생을 보장한다. 전통적으로 두 가지 주요 방법이 사용되어 왔다: 지역 II와 III에서 높은 균열 성장률을 측정하기 위한 K 증가법과, 지역 I에서 낮은 성장률을 추정하고 임계 응력집중계수(∆Kth)를 결정하기 위한 K 감소법이다.

그러나 K-감소법은 비보존적이라는 비판을 받아왔으며, 종종 지나치게 높은 ∆Kth 값을 산출하는 경향이 있다. 이러한 낙관적인 추정치를 피하기 위해 AMCT는 Newman 교수[1]가 제안한 CPCA(압축-사전균열 정진폭) 방법을 채택한다. CPCA 방법은 가소성으로 인한 균열 폐쇄와 관련된 문제를 완화함으로써, 세 영역 모두에서 효과적인 균열 성장 속도를 측정할 수 있게 한다.

피로 균열 전파 시험을 통해 엔지니어들은 적절한 안전 여유를 가진 부품을 설계하고, 검사 주기를 설정하며, 항공우주, 에너지, 자동차 산업과 같은 까다로운 응용 분야에서 내구성과 신뢰성을 향상시키는 손상 허용 접근법을 적용할 수 있습니다.

[1] Newman Jr, J. C., & Yamada, Y. (2010). 임계치 근접 피로 균열 성장률 데이터를 생성하기 위한 압축 전균열 생성 방법. 국제 피로 저널, 32(6), 879-885. [온라인] https://doi.org/10.1016/j.ijfatigue.2009.02.030

피로 균열 성장 시험의 주요 이점

항공우주 산업을 위한 핵심 재료 특성을 제공합니다:
- 파리 계수 및 지수 (C 및 n)
- 피로 균열 성장 임계값 (∆K_th)
- 예상된 파괴 인성 (K_Ic)
- 워커의 R-비 지수 (p)
- 전체생명 / 총생명 매개변수 (ρ*)
- 포먼의 매개변수
- 오스틴의 매개변수
손상 허용 접근법을 통해 제품 내구성과 신뢰성 향상

$AMCT crack growth test with extensometer and fractire gauge (front view)$

$AMCT specimen with fracture guage and quantumX$

테스트 역량

균열 길이 모니터링 기술
- 파단 계측기
- 균열 개방 변위(COD) 계측기
- 카메라

시편 형상
- 컴팩트 텐션(CT)
- 편심 하중 단일 가장자리 균열 인장(ESET)

K-증가법
압축-압축 사전 균열

표준에 따른 시험

ASTM E647-24 - 피로 균열 성장률 측정 표준 시험 방법
BS ISO 12108 : 2018 - 금속 재료 - 피로 시험 - 피로 균열 성장 방법
테스트는 표준들의 모범 사례 조합에 따라 수행됩니다.

압축-압축 사전 균열 발생 및 일정 진폭 하중 접근법

가소성으로 인한 균열 폐쇄를 제거합니다
유효 ∆K_th를 측정하십시오
세 가지 모든 조건에 적합한 시험 방법

CAE에 대한 결과

분석된 데이터로 안심하세요 - 테스트 결과에 대한 포괄적인 데이터 분석을 제공합니다.
CAE 결과 - 당사는 CAE 및 시뮬레이션에서 바로 사용 가능한 매개변수를 제공합니다. 데이터는 nCode DesignLife로 쉽게 가져올 수 있습니다:
- 균열 성장: 피로 수명 추정용 전통적 파괴역학 접근법으로, 다중 성장 법칙, 다중 루핑 알고리즘 및 선택적 지연 모델을 특징으로 한다.
- 평생: 변형수명 및 파괴역학 원리를 결합하여 개시 및 전파 단계를 통합하는 현대적 접근법으로, 평균 응력과 과부하 지연 효과를 고려하는 다축 균열 끝점 소성 모델을 함께 적용한다. 주요 특징: 피로 수명 예측 및 시험-CAE 상관관계 | HBK

신뢰성 및 안정성 - 제품 최적화를 위한 설계 곡선을 제공합니다.

기술 논문

하프페니, A., 바그니, C., 베르보르트, S. 및 샤보, A. (2025) ‘파리 법에서 ‘토탈 라이프’ 방법론으로: 피로 균열 성장 법칙 및 모델에 대한 포괄적 검토, NAFEMS 세계 총회 2025, 오스트리아 잘츠부르크. [온라인]. 사용 가능: https://www.nafems.org/publications/resource_center/nwc25-0007000-paper/.
하프페니, A., 바그니, C., 샤보, A. 및 베르보르트, S. (2025) ‘피로 균열 성장 법칙 및 모델에 대한 포괄적 검토’, Procedia Structural Integrity, 75, pp. 219-233.
하프페니, A., 바그니, C., 샤보, A. 및 베르보르트, S. (2025) ‘ ‘토탈-라이프’ 방법: 변형-수명 및 파괴 역학의 결합을 통한 정확한 피로 수명 예측 달성’, Procedia Structural Integrity, 75, pp. 234-244.