이 엉터리 주장의 근원지를 찾아보니, 아니나 다를까 프레시안의 이모기자가

절단면이 매끄럽다"'노후' 천안함, 스스로 두 동강?이란 제하에 통통 튀는 무식을 자랑하며 소설을 써놓았군요.

http://www.pressian.com/news/article.html?no=100091

 

이에 질세라 경향도 비슷한 사례라며 피로 파괴 해외사례…1943년 미 유조선 정박 중 두 동강』이라는 제하에 유사한 소설기사를 올립니다.

http://news.khan.co.kr/kh_news/khan_art_view.html?artid=201004010127325#csidxe25feeeade446a3bb7a2caf02d941f0 http://linkback.khan.co.kr/images/onebyone.gif?action_id=e25feeeade446a3bb7a2caf02d941f0

 

 

피로 파괴?

 

글쎄요, 분명 공학에 문외한은 아닌데도 불구하고 피로 파괴라는 용어는 상당히 생소합니다. 이 용어를 사용한 사람들은, 도대체 무엇을 정의한 것인지, 그리고 이걸 영문으로는 도대체 어떤 용어를 사용하는지 약간 궁금하기도 합니다.  왜 그런지는 아래 설명을 보면 대충 이해가 될 겁니다.

 

피로(疲勞; Fatigue)란 금속 등의 내구성 재료가 항복 강도(降伏 强度; Yield Strength) 혹은 파괴 강도(破壞 强度; Fracture Strength) 보다 훨씬 작은 하중을 받음에도 불구하고 반복주기에 빈도수에따라 그 내구강도가 점점 약해져서 파괴 강도 이하임에도 불구하고 설계수명(設計壽命; Design Life)보다 훨씬 빨리 파괴(破壞; Fracture)에 이르는 현상을 말합니다.

 

그런데 일반적으로 소위 Forensic Engineering에서는, 설계나 자재 반입 검사, 제조공정 상의 미숙, Poor Workmanship 등으로 인해 설비나 기계, 부품 등이 망가지거나 부서지는 Damage의 경우 이를 Failure(손상)이라 정의합니다.  설계예측을 벗어난 피로에 의한 손망실의 경우도 이에 속합니다. (혹시나 만에 하나라도, 대한민국에 천안함 설계자가 일부러 '피로'까지 설계했다고 주장하는 정신나간 작자는 없겠지요?)  그러므로, 용어 표현상 피로 손상(疲勞 損傷 ; Fatigue Failure)』이 좀 더 的確한 표현이라 하겠습니다. 

 

공학적으로, 파괴란 용어는 원래 설계한대로 수명연한이 다한 정상적인 경우도 포함하여 정의하므로; 설계미숙, 표준 이하 재질, 가공미숙, 재질 및 공정에 대한 검사 실패 등 비정상적인 결과물에 의한 것들에 대해서는 별도로 Failure (損傷)』라는 용어로 정의 합니다. 그런 관점과 저 기사들이 주는 아몰랑 무조건 대한민국의 잘못이면서 뭘 그랭스런 뉘앙스에서 볼 때, 피로 손상이 아닌 피로 파괴라는 용어는 약간 억지스럽다는 생각입니다.

 

각설하고, 이제 파단면의 형상분석에 대해 잠깐 보기로 하지요.

 

일반적으로 금속 등의 내구성 재료가 파괴된 경우;

- 소성가공성에 따라

1) 연성파괴(延性破壞; Ductile Fracture)

2) 취성파괴(脆性破壞; Brittle Fracture)로 구분되며,

 

 fraction cup & cone rupture에 대한 이미지 검색결과fraction cup & cone rupture에 대한 이미지 검색결과

 

- 파단면의 형상에 따라 3가지 유형으로 구분되는데;

 

a) Rupture = 재질의 물성상 극히 소성(塑性; Plasticity)이 좋아서(Ductile) 늘어날 수 있는 만큼 늘어나다 순간적으로 끊어짐 (양쪽 파단면이 뾰족하고 거의 비슷한 형상을 보인다) = 연성파괴

b) Cup & Cone w/Necking = 재질의 물성상 약간의 소성으로 인해 약간 늘어나다 끊어지는데, 제일 가늘어진 부분(Neck)에서 한쪽은 컵 형상 다른 한쪽은 콘 형상을 보인다) = 연성파괴

c) Brittle Fracture = 소성이 전혀 없는 강성재질이라 늘어남이 전혀 없이 거의 일직선으로 끊어짐 = 취성파괴

 

- 일반적으로 파괴는,

1) 설계기준을 초과하는 과하중에 의할 수도 있고,

2) 피로 누적에 의한 것일 수도,

3) 혹은 불순물이 있는 저급한 원자재나 잘못된 열처리(용접을 포함)나 가공 방법 등으로 인해 발생할 수도 있습니다.

 

그런데 피로에 의한 경우에는 파단면에 Stress에 의한 무수한 작은 균열들(Small Cracks)이 존재함이 육안으로도 확인됩니다.  이 작은 균열들이 누적되어 선형으로 군집을 이루면 점점 Large & Long Crack으로 발전하여 어느 한 순간에 절단이 되는 현상을 보여줍니다.  처음에는 당초에 설계된 단면적(Cross Section Area)이 하중(Load; Stress)을 분산해서 견뎌내지만 피로에 의해 발생된 균열로 단면적이 분열되고 그 결과로 인해 점점 더 좁은 단면적이 하중을 전담해야 하는 고로 여기에서 어느 한계치를 넘으면 파괴에 이르게 됩니다. 

 


fatigue failure images에 대한 이미지 검색결과https://www.fose1.plymouth.ac.uk/fatiguefracture/tutorials/FailureAnalysis/Images/Fractography/Fracture_ridges.JPG

 


그러나, 이러한 종류의 파괴는 주로 단품으로 만들어진 기계요소나 부품에서 발생하지, 선박처럼 부피 변형력(Volume Stress)에 대응하는 내응력 설계(Anti-stress Design)를 기반으로 건조된 강재구조물 (Steel Structure)에서는 발생 사례가 전무한 것으로 알고 있습니다.  (혹여 나올지도 모르는 반론을 위해 미리 반박설명을 하자면 Off/On-shore Oil Rig와는 조건이 너무나 많이 틀립니다.)  



근세 공학사에서 제일 유명한 피로(Fatigue)와 균열(Fraction)de Havilland DH 106 Comet case로서 한때 영국이 자랑하던 세계최초의 제트 여객기 Comet였었는데, 이놈이 어느 날 갑자기 공중에서 공중분해가 되어 타고 있던 승객들과 승무원 전원이 사망하는 사건이 발생하고 사건의 조사가 마무리되지 않은 상황에서 운항을 재개했다 또다시 동일한 참사를 겪게 됩니다.  다각도의 시뮬레이션으로 조사를 계속하던 영국조사당국은 Comet가 고도운항(지상 11,000m 고도)을 위해 상승 시, 승객들이 저압으로 인해 귀 등에 통증을 느끼는 것을 방지하기 위해 기내에 압력을 공급하는 여압장치가 창틀과 유리 등에 Stress를 가했는데 비록 그 스트레스가 파괴강도에는 도달하지 못했지만 변형적인 크기의 스트레스가 계속 반복되는 과정에서 작은 Fraction들이 발생하고 결국 완파 되면서 다른 부위에 치명적인 손상을 주어 사고에 이르렀다는 결론을 내리고 이를 금속피로(Metal Fatigue)로 규정하게 됩니다.


(주: 가장 치명적으로 밝혀진 요소들 중의 몇몇은;

 1) 여객선 좌석 유리창틀을 부착하기 위한 리벳팅을 위해 드릴링 작업을 하는 데, 정확한 공법이나 작업매뉴얼이 없어서 각 작업자의 수공기술 능력에 따라 어떤 부위는 완성도가 높고 어떤 쪽은 개판 오분전이었다고 함.

2) 유리가 4각으로 설계되어 각진 부위에 Stress가 발생

3) 여압장치 가동으로 인해 고도상공에서 비행기내/외 사이에 엄청난 압력차이가 발생했으나 이를 조절하는 장치가 없어서 4각의 유리창에 엄청난 Stress가 발생.


원인이 밝혀진 이후:

1) 작업표준화 및 작업자교육, 사전/사후 검사 강화에 대한 법적토대 마련과 실행을 체계화 시킴.

2) 유리를 강화 플라스틱으로 바꾸고 4각을 부분을 라운드화 시켜 응력을 분산 완화시킴.

3) 압력차를 조절하기 위해 강화플라스틱 하단부에 아주 작은 구멍을 만들어 압력 조절이 가능하도록 함.)      


 

그런데 가끔 몇몇 선박사고에 있어서, 혹자들이 피로에 의한 파괴 가능성을 종종 제기했지만 실제로는 아직도 그 가능성 여부를 증명하지 못한 반면, 앞서 두 언론이 제기한 사례는 두 말 할 나위도 없이 분명한 취성파괴(脆性破壞; Brittle Fracture)』의 전형입니다.

 

취성파괴는 저열한 수준의 강판(Low-Grade Steel)과 용접수준(Poor Workmanship) 등의 복합요인으로 인해 저온에서 갑자기 배가 마치 칼로 자른 듯 엄청난 굉음과 함께 두 동강이가 나는 현상인데, 유명한 타이닉호는 물론이고, Liberty ship 그리고 경향이 소개한 SS Schenectady T2 tanker 이 모두는 전부 피로가 아닌 저온취성에 의한 급작스런 파괴였었습니다. 

 

영국정부는 온갖 방법을 동원해서 3,700미터가 넘는 깊은 해저에서 잠자는 배에 접근해서 촬영하고 잔해를 수집하고 수많은 연구와 시뮬레이션 등을 통해 일부 강재와 리벳 등에 포함된 불순물질 등과 북대서양의 차가운 수온으로 인해 취성파괴가 발생, 원래의 설계기준치(Design Criteria)보다 훨씬 약한 충돌에도 리벳 연결 부위가 파손되어 엄청난 파공이 생기고 그 파공을 통해 엄청난 양의 해수가 침입 결국 침몰했음을 밝혀냅니다.

 

2차 대전 중 세계최초로 강재용접 생산방식으로 무려 2,700여 척을 건조했던 리버티호는 무려 12척이나 갑자기 두 동강이가 나는 참사를 겪고, 이에 미 해군당국은 다각적인 조사와 실험을 통해 불순물이 섞인 불량철강재 (Low-Grade Steel)와 일부 용접공의 조악한 용접작업(Poor Workmanship) 등으로 건조된 일부 선박들이 북대서양의 차가운 해수환경을 접하는 임계환경(a Critical Point)을 접하면, 연성(ductile)을 유지해야 할 강재들의 취성(brittle)을 갖게 되어 순식간에 파괴가 진행됨을 발견하고, 이어 SS Schenectady T2 tanker 역시 같은 원인으로 문제가 발생했음을 규명합니다.  이들은 모두 대량 생산방식으로 건조되어 연구자료가 매우 풍부했고 보고서도 매우 성실하게 작성되고 공개되어 결과적으로 그 결론에 이의가 없었습니다.

(: 타이태닉호는 리벳팅 방식으로, 리버티호와 T1/T2 tanker들은 모두 용접방식에 의해 건조되었음.)

 

이제 결론입니다.

천안함 보고서에 보면 오히려 파단면이 매우 깨끗하다고 하더군요. 이 부분에 대해서는 프레시안의 이모기자가 절단면이 매끄럽다"라며 아주 확실하게 확인 사살 해주었지요?

 

그러면서 한편으로는 '노후' 천안함, 스스로 두 동강?”이라고 소설을 썼습니다.  이 기자는 자기가 무슨 자가당착적인 내용의 소설을 쓰고 있는지 과연 알고나 있었을까요?

 

그 이모 기자는, 우리나라 POSCO의 박용 강재 (舶用 鋼材) 생산기술, 코리아 타코마의 군함건조 기술, 우리나라 해군의 함정 관리상태 등 모두를 싸잡아 저질로 판단하는 게 아닌지 의심스럽습니다.

 

그러나 1987년이라면 우리나라 POSCO의 강재와 조선실력은 이미 세계 탑 티어 중의 하나로 인정받는 시기였습니다.

 

그런데, 보고서에 의하면 절단면도 매끄럽고 아울러 용골(Keel)이나 선체의 뼈대 등 주요부위에서 어떠한 작은 균열들도 발견된 바 없다고 합니다. 만일 피로에 의한 것이었다면 그 피로를 뒷받침할 무수한 작은 균열들(Small Cracks)이 반드시 대량으로 존재해야 합니다. 

 

피로에 의한 무수한 작은 균열들은 도대체 어디에 있지요?

 

피로에 의한 균열이 발전하는 과정 설명사진(how surface fatigue cracks grow as material is further cycled)

 

그러므로, 『피로파괴설』은 자동적으로 Rule-Out되는 겁니다.

 

그뿐만이 아닙니다. 군전투함 내부는 수많은 수밀격벽(水密隔壁: Watertight Bulkhead)으로 이루어져 있는데 이는 승조원의 생존성을 극대화 하기 위해 그렇게 만드는 겁니다.  만일 그들의 주장처럼 피로파괴나 저온취성파괴가 일어났다면, 천안함은 이 수밀격벽으로 인해 극히 일부 구역에만 침수가 이루어졌을 것이고 절대로 침몰하지 않았을 것입니다.  실제로 저온취성으로 두 동강이가 났었던 T2 탱커도 수밀격벽에 손상이 없어서 가라앉지 않아서 Tug Boat가 조선소까지 견인한 후 다시 수리를 거쳐 계속 사용하다 무려 20년경 뒤에서야 고철처리가 됐습니다.

 

또한 피로파괴라면 나머지 Dishing 현상 등에 의한 여타 손상부위를 절대로 설명해주지 못합니다.

 

그러므로 결론적으로 말해, 『피로파괴설』은 질적으로 수준이 매우 낮은 전형적인 지적 사기선동 사례라고 봅니다.