응력과 파손 (부제: 설계자의 관점에서 실제재료를 보다)

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목차

응력과 파손
(부제: 설계자의 관점에서 실제재료를 보다)

Ⅰ. 서론
　1. 설계자의 입장에서...

Ⅱ. 본론
　1.응력과 파손
　　1.1 재료의 응력과 파손
　　1.2 연성 재료의 응력과 파손 (항복, 전단응력)
　　　1.2.1 최대전단응력설
　　　1.2.2 최대전단변형에너지설
　　　1.2.3 두 이론의 비교
　　1.3 취성 재료의 응력과 파손
　　　1.3.1최대수직응력설
　　　1.3.2 Coulumb-Mohr 설

　2. 결합과 결함
　　2.1 결합
　　　2.1.1 이온결합
　　　2.1.2공유결합
　　　2.1.3 금속결합
　　2.2 결함
　　　2.2.1 고용체- 화학적결함
　　　2.2.2 점 결함 -0차원결함
　　　2.2.3선결함 또는 전위 -1차원 결함
　　　2.2.4 면결함-2차원 결함
　　　2.2.5 비정질 고체 -3차원 결함

　3. fatigue 와creep
　　3.1 creep
　　　3.1.1 creep 이란?
　　　3.1.2 크리프 시험
　　　3.1.3 크리프율
　　　3.1.4 크리프 한도
　　3.2 fatigue
　　　3.2.1 fatigue 란?
　　　3.2.2 피로손상 파단면
　　　3.2.3 피로손상유형 및 방지

　4. 세라믹 재료
　　4.1 재료 중에서 세라믹스의 위치
　　　4.1.1 취성재료의 파괴
　　4.2 세라믹 재료에서의 응력과 파손
　　　4.2.2 파괴역학의 기초
　　　4.2.3 선형파괴역학과 Griffith이론의 탄생 배경
　　4.3 세라믹에서의 결합과 결함
　　　4.3.1 세라믹스의 화학결합
　　　4.3.2 세라믹스의 결함(불완전성)
　　4.4 세라믹스에서의 Creep 과 Fatigue
　　　4.4.1 세라믹에서의 Creep
　　　4.4.2 세라믹에서의 Fatigue

Ⅲ결론

Ⅳ후기 .

Ⅴ참고문헌

본문내용

한정되는 것은 아니다. 규산염이 아닌 산화물(비규산염 이라 부른다), 질화물 혹은 탄화물같은 비산화물, 플라스틱이나 금속과의 복합체등은 규산염에서 얻을 수 없는 뛰어난 기능을 나타내는 것이 많다. 이들 물질의 뛰어난 기능이 생기도록 제조기술(성형, 가공을 포함한다.)을 개발하면 세라믹스 본래의 “겨ㅇ질성”,불연성“,”내식성“과 더불어 ”전자기적, 과학적, 기계적 등의 뛰어난기능“을 가진 재료가 얻어지게 된다. 이 기술을 수십년 동안 급속히 발전되어 왔고, 많은 비금속 무기질 고체를 세라믹스의 한 부류로 분류 해왔다. 이들을 뉴-세라믹스 혹은 파인 세라믹스라고 부른다. 뉴-세라믹스와 파인 세라믹스라는 말을 구별하여 사용하는 경우, 비규산염이 가지는 몇 개의 기능중 몇 개가 생기게 된 것을 뉴-세라믹스라고 하고, 거의 모두 생기면 파인 세라믹스라 칭한다.
4.2 세라믹 재료에서의 응력과 파손
4.1.1 취성재료의 파괴
사실 세라믹 재료는 아주 고온의 상태가 아니라면 취성재료의 성격을 대표적으로 띄며 그러한 세라믹의 파손은 취성재료의 파괴와 같다. 화학적 안정성, 고경도, 내마모성 고융점 등의 우수한 특성 때문에 세라믹스는 극한 상태에서 사용되는 구조용 부품으로서 매우 관심을 끄는 재료이다. 그러나 금속재료나 고분자재료에 비해 그 파괴거동이 취성적인 것이 세라믹스를 구조재로서 사용할 때의 본질적인 문제가 되고 있다. 세라믹스의 취성은 그 이온결합 내지는 공유 결합성에 기인하는 것이며, 이것이 소성변형의 본질인 독립 슬립계를 제한하는 것이다.
이 때문에 세라믹스의 균열선단은 원자 오더로서 예리하며 구성원자의 결합이 연속적으로 끊어지는 형상이 취성파괴의 본질로 생각되고 있다. 사실 취성재료 박편에 비커스 압자에 의해 도입한 미시 균열 선단을 투과전자 현미경으로 관찰하면 균열선단은 원자 수준으로 예리하고, 전위의 존재가 관측되지 않으며, 또한 균열선단에 슬립을 수반하지 않는 전위망이 존재하는 것이 밝혀지고 있다. 이들 실험 사실에 의해 취성재료의 파괴에는 전위에 수반되는 소성변형이 거의 존재하지 않는다고 결론내릴 수 있다. 따라서, 취성재료의 균열선단에 발달하는 소성 프로세스 존의 크기는 극히 작고 원자오더에서의 불연속성을 제외하면 거의 선형 파괴역학 근사법이 정밀도가 높게 적용되는 재료라고 말할 수 있다.
4.2.2 파괴역학의 기초
20세기의 과학 기술의 발전은 각종의 거대 구조물의 출현을 가능케 하였으며 이들 구조물의 설계, 강도 예측, 수명예측에 현재의 선형 파괴역학이 위력을 발휘해 왔다. 그러나, 선형파괴역학은 이하의 몇가지 중요한 가정하에 성립된다.
- 연속탄성체 중에 존재하는 균열이 파괴의 기점이된다.
- 균열선단에 생기는 프로세스 존의 크기는 균열길이 및 주목하고있는 탄성체 외형의 크기와 비교하 여 훨씬 작고, 공칭응력과 공칭변형, 즉 균열선단으로부터 충분히 멀고 균열선단의 응력집중의 영 향을 받지 않는 부위에서의 응력~변형 관계는 선형적이다.
- 균열근방의 응력~변형장은 외부력 또는 외부 경계변위에 비례하는 파라미터, 응력확대계수k에 의해 일의적으로 기술할 수 있다.
- 파괴는 소규모 프로세스 존의 가정이 성립하는 선형영역에서 발생한다.
- 외부하중 또는 외부변위를 증대시킴으로써 응력확대계수가 어떤 임계치 Kc까지 증가하면 균열은 진전을 개시한다. 다시 말하면 평형균열에 대한 임계하중, 임계변위는 그 임계응력확대계수 “파괴 인성치”에 의해 규정된다.
4.2.3 선형파괴역학과 Griffith이론의 탄생 배경
세라믹과 같은 재료의 취성 파괴를 해석할 때에는 선형파괴역학을 이용하는데 이는 70년전의 Griffith 가 처음 언급한 것을 irwin 이 발전시킨 것이다 그 이론의 탄생배경을 알아보고 선형파괴역학에 대해 이해해 보자.
Gfiffith는 1921년의 유명한 논문에서 반복하중을 받는 기계 부품의 강도에 미치는 표면 결함의 영향을 파악하려는 시도에서 위의 이론을 제시하게 된다. Inglis에 의한 타원공을 갖는 무한판의 인장의 응력집중계수와 실험응력해석의 결과로부터, 전형적인 표면결함의 응력집중계수는 2~6정도라고 추정했다. 한편, 당시 문헌의 결과에서는 표면 결함에 의한 피로한도의 저하율은 20%이하였다. 이 사실로부터 Griffith는 균열을 갖는 판의 파괴가 한 점의 응력 값으로는 지배되지 않는다고 생각하고, 에너지 밸런스의 발상을 도입하여, 유리의 취성파괴문제를 취급한 결과, 파괴시의 응력과 균열길이사이에 응력 곱하기 균열길이의 반의 제곱근의 값이 일정 하다는 관계를 이론적으로 뿐만 아니라 실험적으로 나타내었다.
즉, Griffith는 이론강도와 실용재료의 강도가 크게 다른 것은 재료 중에 존재하는 균열의 응력 집중에 의한다고 고려하여, 균열이 존재하고 있는 부재의 에너지 평형 조건을 고찰하였다. 그 결과 외부일 증가분/결함길이의 증가분 이 단위면적당 파괴에너지의 4배보다 크면 균열이 진전하고 작으면 균열이 진전하지 않는다는 이론을 만들었다. 그때의 응력을 균열 진전의 임계응력이라고 한다.
그리고 이 Griffith 의 이론을 irwin이 발전시킨 것이 현재의 선형파괴역학 혹은 파괴역학이다.
4.3 세라믹에서의 결합과 결함
세라믹스의 결합과 결함을 설명하기에 앞서 일단 세라믹스의 구조가 의미하는바가 굉장히 광범위 하다는 것을 말하고 싶고 지금 여기서 필자가 기술하는 부분은 그중에서도 세라믹스의 화학적 관점에서 중요하다고 생각되고 위에서 언급한 내용과 관련있는 부분 위주로 기술하였다는 것을 언급 하고 싶다.
4.3.1 세라믹스의 화학결합
비금속의 무기질 고체재료인 세라믹스에는 이온결합과 공유결합을 볼 수 있다. 각각의 특징은 위에서 충분히 설명 하였으므로 생략하겠다. 이온결합에서는 일반적으로 원자가 촘촘하게 충진되기 쉽고, 공유결합에서는 공간의 여유가 있는 충진이 되기 쉽다. 또 이온 결합성쪽이 공유결합성의 물질보다 열팽율이 크다.
공유결합과 이온결합에서 공통으로 볼 수 있는 형은 평면 삼각형, 정사면체, 정팔면체이다. 공유결합적 으로도 이온 결합적으로도 같은 형으로 되는 결합은 안정하다. 이 에로 SiO2의 사면체가 있다. 반대로 이온반경으로 요

키워드

응력,   파손,   설계자,   응력과 파손,   실제재료,   최대전단응력설,   결합,   결함