부분 관통 구멍이 있는 인장판의 주응력 분포 차이 해석
Analysis of Principal Stress Distribution Difference of Tensile Plate with Partial Through-hole
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초록
기계구조물 부재의 단면에 구멍이나 또는 단면이 급격히 변화할 경우, 불연속 부분 주위에서 응력집중이 일어나며 파손이 발생하는 주요 원인이 된다. 그 이유는 부재에 작용하는 평균 응력보다 응력집중 부분에서 훨씬 큰 응력이 작용하기 때문이다. 본 논문에서는 시편의 부분 관통 구멍 주위에서 응력해석을 수행하여 구멍을 통과하는 선상의 주응력 차 값을 구하였다. 광탄성에서 최대주응력과 최소주응력의 차이는 등색프린지 차수와 재료의 프린지 상수를 곱한 값을 빛이 통과한 거리 즉, 시편의 두께로 나눈 값과 같다. 즉, 주응력의 차이는 광탄성 프린지 차수와 비례관계가 있으므로 유한요소 해석에 의한 주응력 차이의 분포를 광탄성 실험결과에 비교할 수 있다. 유한요소 범용 소프트웨어인 ANSYS Workbench를 이용하였으며 유한요소법으로 해석된 값을 광탄성 실험으로부터 측정된 값과 비교한 결과 유사한 결과를 얻었다. 이로서 유한요소해석 결과는 실험결과와의 비교를 통해 타당성이 입증될 수 있었다. 또한 구멍깊이 변화에 따라 나타나는 응력분포를 사용하여 응력집중계수를 구하였다. 구멍깊이가 증가할수록 응력집중계수는 증가함을 나타냈다.
Abstract
Stress concentrations around discontinuities, such as a hole in cross section of a structural member, have great importance because the most materials failure around the region may be occurred. Stress on the point applied by concentrated load reaches much larger value than the average stress in structural member. In this paper, stress analysis was performed for the plate with a partial through-hole to find the difference of the principal stress distribution. The difference between maximum principal stress and minimum principal stress in photoelasticity is equal to the value obtained by multiplying the isochromatic fringe order by the fringe constant of the material divided by the distance through which the light passes, that is, the thickness of the specimen. Since the difference of principal stress is proportional to the photoelastic fringe order, the distribution of the principal stress difference by the finite element analysis can be compared with the photoelasticity experimental result. ANSYS Workbench, that is the finite element software, is used to compute the differences of principal stresses at the specific points on the measured lines. The computation values obtained by ANSYS are compared with the experimental measurements by photoelasticity, and two results are comparable to each other. In addition, the stress concentration factor is obtained using the stress distribution analyzed from the variation of hole depth. Stress concentration factor is increasing, as the depth of hole increase.
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