§1
실험 개요
파괴인성은 균열이 있는 부품이 견딜 수 있는 응력의 척도로, 항공우주·압력용기 설계의 핵심 변수다. 학부에서는 CT(compact tension) 또는 SENB(single-edge notched bend) 시편을 사용해 KIC를 측정하고 재료별로 비교한다.
§2
이론 배경
응력 강도 인자
K = σ √(πa) × Y(a/W). a: 균열 길이, Y: 형상 인자. K = KIC에서 균열 전파 시작.
평면 변형 조건
B, a ≥ 2.5 (KIC/σy)². 시편이 충분히 두꺼워야 진정한 KIC 측정 가능. 얇으면 KC(평면 응력)로 더 큰 값.
§3
실험 장치 및 시약
- — 만능시험기
- — 표준 CT 또는 SENB 시편
- — 피로 균열 형성 장비
- — 균열 변위 측정 (clip gauge)
§4
실험 절차
- 1.표준 시편(ASTM E399)에 노치 가공.
- 2.피로 하중으로 sharp 예균열 형성.
- 3.정적 인장으로 파단까지 진행, F·δ 동시 기록.
- 4.PQ (5% 할선법) 결정.
§5
데이터 처리
KQ = (PQ/(B√W)) × f(a/W). 평면 변형 조건 검증 후 KIC = KQ. 재료별 KIC 비교 (강철 50~100 MPa√m, 세라믹 1~5 MPa√m).
§6
예비보고서 항목별 작성 팁
이론
Linear Elastic Fracture Mechanics(LEFM)의 가정과 한계 명시.
§7
자주 하는 실수
- — 예균열이 너무 짧음 (W/2 권장)
- — 시편 두께 부족으로 평면 변형 조건 미충족
- — PQ 결정에서 5% 할선법 적용 오류
§8
자주 묻는 질문
Q. 왜 예균열이 필요한가요?
기계 가공한 노치는 끝이 둔탁해 응력 집중이 부정확합니다. 피로로 만든 sharp 균열이 실제 부품의 균열과 가까워 측정값이 의미 있습니다. ASTM 표준에 예균열 형성 절차가 명시.
Q. KIC와 인장강도의 차이는?
인장강도는 균열 없는 시편의 강도, KIC는 균열이 있을 때의 저항. 같은 강도라도 KIC가 작으면 작은 균열도 치명적. 항공우주에서는 KIC가 인장강도보다 더 중요한 설계 기준.
§9
참고 표준·문헌
본 가이드는 다음 표준·교과서·핸드북의 정의·식·표준 절차를 따라 작성되었습니다. 학교 양식과 표준 절차가 다를 경우 학교 양식을 우선합니다.
- [1]Callister, W.D., Rethwisch, D.G. — Materials Science and Engineering: An Introduction, 10th ed., Wiley, 2018
- [2]Hibbeler, R.C. — Mechanics of Materials, 10th ed., Pearson, 2017
- [3]ASTM E399-22 — Standard Test Method for Linear-Elastic Plane-Strain Fracture Toughness K_IC