| 초록 |
□ 연구개요 본 연구에서는 초음파 캐비테이션(cavitation)을 균열선단에 집중적으로 발생시켜 균열선단에 국부적으로 초과하중을 가하고 이를 통해 균열선단에 압축잔류응력을 발생시켜 균열성장을 억제하는 방식을 새로이 제안한다. 기존의 균열보수 방식으로는 접착제를 균열내부에 주입하는 방식, 패치로 접합하는 방식, 용접방식과 이외에 구조별 고비용의 접합방식 등이 있으나 본체 재료와 다른 물질이 접합될 경우 표면의 추가손상과 더불어 두 재료의 팽창 계수 차이와 경계면의 부식가능성 등으로 인해 안정적인 접합이 어렵다. 이에 반해 본 연구의 방식은 접합제 없이 압축잔류응력을 균열선단에 직접 발생시켜 균열선단 인장응력집중을 완화시키는 방식으로 안정적인 균열보수가 가능하다. 본 초음파 균열보수 방식의 균열성장억제 효과를 검증하기 위해서는 실제 균열구조물에 초음파 가진을 수행하여 균열선단에 발생된 잔류응력을 평가하는 연구가 수행되어야한다. 단, 이 때 상관관계 도출을 위한 균열선단의 잔류응력 측정은 균열선단 제한된 접근성으로 인해 기존의 잔류응력측정방식인 x-ray 회절방식(XRD)나 홀드릴링 방식을 사용할 수 없다. 따라서 수치해석과 실험을 접목한 새로운 형태의 간접적 균열선단 잔류응력 측정방식 개발이 요구된다. □ 연구 목표대비 연구결과 FEA를 이용하여 균열깊이의 따른 compliance matrix를 산출하여 균열선단의 절단을 통해 발생되는 변형률을 이용하여 잔류응력을 역으로 도출하는 역변형방식을 개발 완료 했으며 정확성을 검증함으로써 균열선단 잔류응력 측정 방식 개발을 성공적으로 달성하였다. 또한 균열시편을 이용하여 실제로 균열선단에 잔류응력이 발생함을 확인함으로써 개념검증을 성공적으로 구현하였다. 압축잔류응력의 발생에 의해 균열성장이 80%까지 억제됨을 확인하였다. 초음파 캐비테이션의 다중 충격하중 수치모델을 구현하였다. 이를 통해 발생되는 잔류응력의 예측이 가능하게 되었다. 또한, 균열선단의 선하중을 인가하여 발생되는 압축잔류응력을 극대화 하는 방식을 개발 검증하여 최적형태의 균열선단 압축잔류응력 방식을 도출하였다. 따라서 상기의 연구 결과들을 통해 초기의 설정된 연구목표들을 모두 성공적으로 달성하였다. □ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성) 기존의 피닝 방식으로는 두께가 얇은 판형 구조물에 발생하는 균열에만 압축잔류응력이 구현할 수 있었으나 본 연구의 기술은 벌크 금속의 균열의 선단에도 압축잔류 응력 발생시킬 수 있는 획기적인 기술이다. 이를 통해 기존에 구현할 수 없었던 원자력 압력용기의 내벽 또는 용접부위에 발생하는 깊은 표면균열에 선단에 적용하여 압축잔류응력을 발생시킬 수 있다. 따라서 균열성장을 억제하고 이를 통해 원자력 압력용기의 수명연장을 구현하여 수조원의 발전비용을 절감할 수 있을 것이 예상된다. (출처 : 연구결과 요약문 2p) |
