연속압입시험법과 홀드릴링 시험법 및 X-선 회절법을 활용한 깊이방향으로의 잔류응력 평가

Abstract

최근 계장화 압입시험을 통한 잔류응력 측정이 널리 쓰이고 있으며, 이에 따른 연구가 활발히 진행중에 있다. 잔류응력은 재료 외부에 어떠한 힘이 존재하지 않음에도 불구하고 재료의 내부에 존재하는 응력을 말하며, 재료에 불규칙적인 소성변형이 인가되면 발생하게 된다. 이러한 잔류응력을 측정하는 방법으로 X-선 회절법 및 홀드릴링 방법이 널리 쓰이고 있다. X-선 회절법은 재료에 X-선을 조사하여 원자간의 거리를 측정하여 재료 내부의 잔류응력을 평가하는 방식이며, 홀드릴링은 재료의 표면에 스트레인 게이지를 부착하여 스트레인 게이지 중앙에 구멍을 순차적으로 뚫어냄으로써 재료가 발생시키는 탄성변형량을 스트레인게이지를 통하여 얻어 잔류응력을 평가하는 방식이다. 하지만, 위의 두 방법을 실제 사용중인 구조물에 평가하기에는 재료의 표면 및 평가하고자하는 부위의 일부분을 손상 시켜야한다는 제한점이 있다. 이와 달리, 계장화 압입시험 법은 위의 두가지 방법보다 재료의 표면에 미세한 압흔만을 남겨 비교적 실제 사용중인 구조물에 손상을 가하지 않으며, 얻어진 하중-변위 곡선의 분석을 통해 간단하게 재료의 잔류응력을 평가할 수 있다는 장점이 있다. 본 연구를 통하여 계장화 압입시험법을 통해 재료의 깊이별 잔류응력을 평가할 수 있는 이론적 모델링을 제시 하였으며, 나아가 4지점 굽힘시험 및 Peening 시편에 계장화 압입시험법 및 타기법으로 깊이별 잔류응력을 평가하여 이론적 모델링의 유효성을 확보하였다.

Recently, the instrumented indentation test method is widely used to evaluating the residual stress of materials, and related research is actively conducted. residual stress is the lock-in stress even when no external force is applied to the material and generated when non-uniform plastic deformation is occurred to the material. Existing residual stress measurement methods X-ray diffraction, evaluating the residual stress by measuring the distance between atoms by irradiating the material with X-ray and the Hole-drilling method evaluating residual stress by measuring the attaching a strain gage to the material and drilling a hole to measure the elastic deformation strain. However, there are limitations in evaluating the residual stress of in-situ structure use through the above methods.Unlike the Existing residual stress measurement methods, the instrumented indentation test has the advantage of not damaging the material by measuring the residual stress of the material using a load-displacement curve measured while leaving only fine mark on the material, making the test procedure relatively simple and preserving the specimen. In this study, a theoretical model capable of evaluating residual stress by depth in materials was presented using instrumented indentation tests and other residual stress measurement techniques, and the model's effectiveness was proved through a 4-point bending test. In addition, a method for evaluating residual stress by depth even in a structure in actual use through a comparative test with an existing residual stress measurement method was proposed for the polished material.