균질 및 비균질 재료의 천이온도 계산 프로그램

균질 및 비균질 재료의 천이온도 계산 프로그램

기술내용

원자로용기의 건전성은 소형시편을 활용하여 파괴인성 시험을 수행하고 이 데이터를 이용하여 취성파괴 예방을 위한 연성취성 천이온도(DBTT, Ductile to Brittle Transition Temperature)를 평가한다. 최근에는 시편크기에 따른 데이터 유효성 제약조건 (구속효과)으로 인하여 통계역학을 도입한 마스터커브 방법을 사용하고 있다. 그러나 현재 ASTM E1921에 기술되어 있는 마스터커브 방법은 데이터 분산이 큰 재료에 적용하기 어려운 한계를 내포하고 있어 용접부와 열영향부(HAZ, Heat Affected Zone) 등 비균질재료(Inhomogeneous material)의 기준온도 평가 시 적용성이 떨어진다. 이와 관련하여 비균질재료에 적용 가능한 마스터커브 방법인 이봉분포 마스터커브(BMC, Bimodal Master Curve), 랜덤한 비균질 마스터커브(RIMC, Randomly Inhomogeneous Master Curve), 단일점 평가법(SPE, Single Point Estimation)들이 새롭게 제안되었으며, 본 기술에서는 위와 같이 다양한 새로운 마스터커브를 평가할 수 있는 프로그램을 개발하였다.

  • 입력인자: 실험의 횟수(number of test)와 실험온도(test temperature), 두께(thickness), 실험을 통해 얻어진 파괴인성치(measured fracture toughness) 등 입력, 입력된 값을 바탕으로 데이터의 유효성을 분석.
  • 균질재료의 기준온도 평가: ASTM E1921과 시편 형상 및 크기에 따른 구속효과 정량화연구 결과가 반영된 수정된 ASTM E1921을 통해 계산.
  • 비균질재료의 기준온도 평가: SPE 방법, 수정된 SPE 방법을 통해 계산하고, 출력창에 기준온도와 마스터커브를 동시에 도시. BMC 방법에 의한 마스터커브는 별도의 엑셀 및 Visual Basic을 통해 파라메터를 계산.

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그림 1. 균질 및 비균질 재료의 천이온도 계산 프로그램 메인화면과 입력창

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그림 2. SPE 마스터커브방법에 따른 계산결과

적용분야

본 프로그램에서는 ASTM E1921과 시편의 형상 및 크기 영향이 고려된 ASTM E1921을 활용하여 균질재료의 기준온도 계산하며, 비균질재료는 SPE와 수정된 SPE 방법, 이봉분포(BMC)를 활용하여 기준온도와 파라메터들을 계산할 수 있다. 이 프로그램을 이용하면, 비균질재료에 활용 가능한 새로운 마스터 커브방법들에 의한 기준온도 차이를 분석할 수 있다. 특히 이들 중 비교적 간단하나 중절 데이터가 있을 경우 적용성이 떨어지는 것으로 알려져 있는 SPE 방법을 수정한 새로운 SPE방법을 사용하여 산포가 큰 재료의 마스터커브 평가에 적용할 수 있는 장점이 있다.

적용사례

파괴인성시험 데이터를 활용하여 균질 및 비균질 재료의 천이온도를 계산할 수 있다. 현재까지 수립된 기술로 다음과 같은 기술적 평가에 사용될 수 있다.

  • 시편 평상 및 크기 영향이 새롭게 고려된 ASTM E1921방법 이용
  • 균질재료의 기준온도 계산
  • 비균질 재료를 대상으로 SPE, 수정된 SPE, BMC 방법에 따른 기준온도 계산
  • 각 마스터커브 방법에 대한 적용 타당성 분석
document ID: d20160015