Examination and Improvement of Accuracy of Three-Dimensional Elastic Crack Solutions Obtained Using Finite Element Alternating Method
유한요소 교호법으로 구한 삼차원 균열 탄성해의 정확성 향상 및 검토

Jai-Hak Park, G.P. Nikishkov
2010 Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A  
1. 서 론 구조물에 존재하는 균열의 위험성을 평가하거나 피로 및 응력부식균열의 성장해석을 하는 경우에 균열에 대한 파괴변수(fracture parameter)를 정확하 게 구하여야 한다. 이러한 목적으로 유한요소법 (finite element method)이 많이 사용되고 있으나 모 델을 구성하는데 특별한 노력이 필요하므로 보다 편리하게 사용될 수 있는 방법이 모색되었다. 이 러한 방법의 한가지로 유한요소 교호법(finite element alternating method)이 제시되어 2 차원 및 3 차원 균열에 대하여 정확한 응력강도계수를 구할 수 있음을 보여주었다. (1) Nikishkov, Park 과 Atluri (2) 는 임의 형태의 삼차원 균열에 대하여 모드 I, II 및 III 의 응력강도계수를 구할 수 있고, 피로균열 성장해석을 할 수 있는 유한요소 교호법을 제안하였다. 이 방법에서는 교 호법에서 필요한 무한 물체내의 균열해로 Li 와 Mear (3,4) 가 제안한
more » ... 대칭 Galerkin 경계요소법을 이 용하였다. 또한 박재학과 박상윤 (5,6) 은 Nikishkov 등 (2) 이 제안한 방법을 삼차원 균열의 탄소성문제 에도 적용할 수 있도록 하였다. Abstract: An SGBEM (symmetric Galerkin boundary element method)-FEM alternating method has been proposed by Nikishkov, Park and Atluri. This method can be used to obtain mixed-mode stress intensity factors for planar and nonplanar three-dimensional cracks having an arbitrary shape. For field applications, however, it is necessary to verify the accuracy and consistency of this method. Therefore, in this study, we investigate the effects of several factors on the accuracy of the stress intensity factors obtained using the abovementioned alternating method. The obtained stress intensity factors are compared with the known values provided in handbooks, especially in the case of internal and external circumferential semi-elliptical surface cracks. The results show that the SGBEM-FEM alternating method yields accurate stress intensity factors for three-dimensional cracks, including internal and external circumferential surface cracks and that the method can be used as a robust crack analysis tool for solving field problems. † Corresponding Author, jhpark@chungbuk.ac.kr
doi:10.3795/ksme-a.2010.34.5.629 fatcat:yl34o4hphzgslmcewyad3d56z4