크리프 물성평가를 위한 구형압입시험의 수치접근법 개발
A Numerical Approach to the Spherical Indentation Techniques for Creep Property Evaluation
- 주제(키워드) 크리프 , 물성평가 , 구형압입 , 천이크리프 , 유한요소해석 , 유효응력-변형률속도 곡선
- 발행기관 서강대학교 일반대학원
- 지도교수 이형일
- 발행년도 2013
- 학위수여년월 2013. 2
- 학위명 석사
- 학과 및 전공 일반대학원 기계공학과
- 실제URI http://www.dcollection.net/handler/sogang/000000049506
- 본문언어 한국어
- 저작권 서강대학교 논문은 저작권 보호를 받습니다.
초록/요약
Since creep due to heat generation is one of the major problems in microfabrication, research on creep through micro/nano indentation has received increasing attention in recent years. Although much research has been conducted on indentation test methods for the evaluation of creep properties, understanding the relation between indentation creep and uniaxial creep remains difficult. In this work, the theory of spherical indentation based on incremental plasticity was extended to an indentation method for evaluation of creep properties. Through detailed finite element analyses, the point where the elastic strain effect is negligible and the creep strain gradient is constant was taken to be the optimal point for obtaining equivalent strain rate and stress. Performing computational simulations of spherical indentation with various values for Young's modulus, creep exponent and coefficient, we proposed a new numerical approach for evaluation of creep properties by expre-ssing the material behavior with regression equations for normalized variables. We finally generate a program to evaluate creep exponent and coefficient. In addition, we propose the method for evaluation of creep properties considering transient creep. With the method suggested, from the load-depth curve, we successfully obtained creep exponents with an average error less than 1.1%, and creep coefficients with an average error less than 2.3%.
more초록/요약
최근 미소제조공정에서 발생되는 열과 이에 따른 크리프 현상에 대한 관심이 증가하고 있으며, 미소압입시험을 통한 크리프 연구가 주목받고 있다. 재료의 크리프 성질을 평가하기 위해 미소압입시험을 적용하려는 연구가 국내외적으로 진행중에 있지만 압입 크리프특성을 단축 크리프 물성과 대응시키는데 많은 어려움이 있다. 본 연구에서는 증분소성이론에 기초한 구형압입이론을 크리프 물성을 평가하기 위한 압입이론으로 확장했다. 먼저 탄성변형 영향과 크리프변형률 구배가 일정한 지점을 유효 응력-변형률속도 최적 관측지점으로 선정했다. 구형압입시험 전산모사를 이용해 영률, 크리프지수와 계수를 변화시켜가면서 이에 따른 재료거동을 무차원변수들의 회귀식으로 표현해 크리프 물성평가를 위한 새로운 수치접근법을 구축했다. 이를 토대로 구형압입 시험으로부터 재료의 크리프지수 및 계수를 예측하는 물성평가 프로그램을 개발했다. 아울러 크리프변형률을 추가 무차원변수로 선정해 천이크리프의 영향을 고려한 크리프 물성평가법을 제시했다. 압입 하중-변위 곡선으로부터 크리프지수는 평균 1.6%, 크리프계수는 평균 4.4% 이내의 오차 범위에서 물성치들을 얻을 수 있다.
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