1. 파괴,파단(Fracture),파손(Failure) 이란?
ㅇ 견디는 능력 보다 하중(부하)이 더 커서, 요구 기능을 수행 못하는 상태
- 주로, 부서지고,망가지고,부러지고,끓어지는 등의 기능 상실
ㅇ 파괴 역학 (Fracture Mechanics)
- 균열(Crack),작은 결함(Flaw) 등을 가진 재료의 거동을 연구하는 분야
. 고체 내 균열의 발생과 성장을 주로 다룸
2. 용어 상 유의점
ㅇ `파괴 (破壞) / 파단 (破斷) (Fracture)`은,
- 주로, 취성 재료가 2 이상으로 분리되는 것을 의미
- 미시적으로는, 원자 간 분리에 의해 새로운 표면이 형성되는 과정
- 부하로 인한 비 가역적 과정으로, 새로운 표면을 형성하는 과정
ㅇ `파손 (破損) (Failure)`은,
- 재료가 항복 상태에 이르게되어, 제 기능을 못하는 것을 총칭
- 신뢰성공학에서는, 파손(Failure)이라는 용어를 더 많이 씀
※ 파손은 파괴 없이도 발생 가능하며, 파괴가 일어나도 파손이 안되는 상태도 가능함
ㅇ 한편, 영어 `Breakdown`은,
- 고장,파손,항복 등의 의미에 모두 쓰임
3. 파괴 구분 (통상적 분류)
ㅇ 취성 파괴 (Brittle Fracture)
- 소성변형이 거의 없이, 순식간에 2 이상의 조각들로 파단되는 현상
. 균열 전파가 빠르게 일어나며,
. 하중을 제거하더라도 파괴가 계속 진행됨
- 특징 : 이론적으로 가장 잘 알려진 파괴형식이며, 유리의 파괴가 대표적임
- 취성 재료 例) 주철, 세라믹, 유리(비정질 세라믹) 등
ㅇ 연성 파괴 (Ductile Fracture)
- 상당한 소성변형이 일어난 후에, 최종 파단되는 현상
. 균열 전파가 완만하고 안정적이고,
. 큰 변형을 동반(수반)하며 파괴가 일어나며,
. 하중이 계속 부과되어야 만 파괴가 이어서 진행됨
- 특징 : 통상, 갑작스럽게 파괴되지 않고, 경고를 동반하므로, 산업적으로 선호됨
- 연성 재료 例) 금,철 등 대부분의 순 금속 재료
- 연성 파괴 종류 : fibrous fracture, shear fracture, rupture
※ 구별기준
- 일반 취성,연성의 구별 기준 : 소성변형의 유무(有無)
- 취성 파괴,연성 파괴의 구별 기준 : 동적 하중시 파괴될 때까지 재료가 흡수할 수 있는 에너지
. 동적 하중 하에 시편을 파괴해보면, 흡수된 에너지가 크면 연성 파괴, 작으면 취성 파괴
ㅇ 피로 파괴 (Fatigue Fracture)
- 되풀이되는 하중을 받으며, 균열이 점차적으로 성장하여, 결국 파괴에 이르는 현상
. 정적인 하중에서 견딜 수 있는 강도보다 훨씬 낮은 응력에서도 발생 가능
. 대부분의 파괴가 피로와 직간접적으로 연관되어 있음
- 특징 : 예측이 어려움, 소성 변형이 거의 없음, 낮은 응력에서도 발생
- 피로 파괴 과정 : 균열 발생 → 균열 성장 → 최종 파괴
- 例) 비행 중 진동,공기력을 받는 항공기 날개,
도로의 요철에 의한 자동차 서스펜션 충격
- 예방 방법
. 피로 수명 시험을 통한 설계 기준 설정
. 응력 집중을 피하는 설계 (모서리 둥글게 처리 등)
. 재료 표면 처리(쇼트 피닝,열처리 등)로 강도 증가
ㅇ 크리프 파괴 (Creep Fracture)
- 크리프 변형(변형이 시간과 함께 증가)이, 어느 시점부터 급속히 증가하여 파단에 이르는 현상
. 장 시간에 걸쳐 하중이 작용될 경우, 재료는 부가적인 변형이 발생됨
ㅇ 지연 파괴 (Delayed Fracture)
- 부하 후 장시간 경과된 뒤 파괴되는 경우