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동전모양 균열이 존재하는 이상복합체의 에너지해방율 산정
Determination of Energy Release Rate of Penny-shaped Interface Crack on Bimaterial Cylinder

양성철   (홍익대학교 건축공학과UU0001569  ); 서영찬   (한양대학교 교통공학부 건설교통공학부UU0001519  ); 박종원   (홍익대학교 건축공학과UU0001569  );
  • 초록

    동전모양의 균열이 이상복합 실린더 계면에 존재하는 혼합모드 조건(I, II)에 대해 유한요소법을 사용하여 에너지해방율을 구하였다. 두재료의 탄성비와 노치율을 변화시켜 상업용 FEM 프로그램인 ABAQUS로부터 얻은 결과를 가상 균열법과 J 적분법에 적용하였으며 에너지해방율을 구하여 무차원함수로 표현하였다. 모드 II의 무차원 에너지해방율( $\sqrt{G_{II}E^*}/\sqrt[p]{\pi a}$ )은 균열길이와 탄성비가 증가되면서 그 값이 증가됨을 알수 있었다. 반면, 모드 I의 무차원 에너지해방율( $\sqrt{G_{I}E^*}/\sqrt[p]{\pi a}$ )은 탄성비가 증가하면서 그 값이 감소하며, 두재료의 탄성비가 3 이상인 경우에 균열길이가 증가되면서 무차원 에너지해방율이 감소하다가 다시 증가하게 나타났다. 또한 수치해석된 결과치를 무한판 실린더의 응력확대계수에 대한 정해와 비교하여 본 해석의 신뢰성을 확보하였다.


    The mixed mode problem (I and II) of a peny-shaped interface cracks in remote tension loading on a bi-material cylinder is studied using finite element method. The energy release rates for the tip of the crack in the interface were calibrated for several different moduli combinations and crack ratios using the modified crack closure integral technique and J-integral method, with numerical results obtained from a commercial finite element program. Numerical results show that non-dimensional value of $\sqrt{G_{II}E^*}/\sqrt[p]{\pi a}$ increases as the crack size or moduli ratio increases. Meanwhile, non-dimensional value of $\sqrt{G_{I}E^*}/\sqrt[p]{\pi a}$ decreases as the moduli ratio increases, but above the moduli ratio of 3 its value decreases then increases again as the crack size increases. Reliability of the numerical analysis in this study was acquired with comparison to an analytical solution for the peny-shaped interface crack in an infinite medium.


  • 주제어

    동전모양 균열 .   이상복합체 .   파괴역학 .   유한요소법.  

  • 참고문헌 (11)

    1. Williams, M. L. 'The Stress around a Fault or Crack in Dissimilar Media,' Bulletin of the Seismological Society of America, Vol. 49, No. 2, 1959, pp.199-204 
    2. Charalambides, P. G. et al., 'A Test Specimen for Determining the Fracture Resistance of Bimaterial Interfaces,' Journal of Applied Mechanics, Vol. 56, 1989, pp.77-82 
    3. Kassir, M. K. and Sih, G. C., 'Mechanics of Fracture - Vol. 2 Three-dimensional Crack Problems,' Noordhoff International Publishing Co., 1975, pp.177-189 
    4. O'Dowd, N. P., Shih, C. F. and Stout, M. G., 'Test Geometries for Measuring Interfacial Fracture Toughness,' Int'l Journal of Solids Structures, Vol. 29, No. 5, 1992, pp.571-589 
    5. Raju, I. S., 'Calculation of Strain-Energy Release Rates with Higher Order and Singular Finite Element,' Engineering Fracture Mechanics, Vol. 28, No. 1, 1987, pp.251-274 
    6. Lee, K. M. and Buyukozturk, O., 'Fracture Analysis of Mortar-Aggregate Interfaces in Concrete,' Journal of Engineering Mechanics, ASCE, Vol. 118, No. 10, 1992, pp.2031-2047 
    7. Hibbitt, H. D., Karlsson, B. and Sorensen, E. P., ABAQUS User's Manual, Hibbitt, Karlsson, and Sorensen, Inc., 1994 
    8. 이상순, 김태영, '경계요소법에 의한 탄성-점탄성 복합 구조체의 계면균열해석,' 한국전산구조공학회논문집 제9권, 제1호, 1996, pp.85-91 
    9. Suo, Z. and Hutchinson, J. W., 'Sandwich Test Specimens for Measuring Interface Crack Toughness,' Materials Science and Engineering, A107, 1989, pp.135-143 
    10. 임원균, 이현규, '서로 다른 두 재료의 접합면에 수직인 균열의 경계 요소 해석, 응력확대계수,' 한국전산구조공학회논문집, 제9권, 제1호, 1996, pp.93-99 
    11. Lakshminarayana, H. V., Bernard, M. and Bui-Quoc, T., 'Finite Element Study of a Penny-shaped Crack along the Interface in a Bimaterial Cylinder,' Engineering Fracture Mechanics, Vol. 43, No, 6, 1992, pp.981-991 

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