[학위논문]접촉 폭 크기를 고려한 알루미늄(Al6061) 시험편의 프레팅 피로시험과 수명평가에 관한 연구 A Study on Fretting Fatigue Life Evaluation and Experiments for Al6061 Specimen Considering the Contact Width Size원문보기
크기효과(크기가 다른 두 부재에 같은 응력이 작용할 때 크기가 큰 부재의 응력구배가 완만해서 높은 응력을 받는 체적부분이 커져서 파손될 가능성이 커짐)를 프레팅 피로현상(접촉하고 있는 두 물체 사이에 미세한 진동의 상대 변위로 인한 접촉 손상)에 접합시켜 Al6061소재로 실린더 패드의 곡률반경을 변화시켜 프레팅 피로시험 및 ...
크기효과(크기가 다른 두 부재에 같은 응력이 작용할 때 크기가 큰 부재의 응력구배가 완만해서 높은 응력을 받는 체적부분이 커져서 파손될 가능성이 커짐)를 프레팅 피로현상(접촉하고 있는 두 물체 사이에 미세한 진동의 상대 변위로 인한 접촉 손상)에 접합시켜 Al6061소재로 실린더 패드의 곡률반경을 변화시켜 프레팅 피로시험 및 유한요소해석을 통해 위험단면법과 위험거리법을 도입하여 피로수명 평가를 하였다. 수명평가를 하기 위해서는 기계적물성치와 피로물성치가 필요하다. 그래서 Al6061 소재의 시험편을 제작하여 인장시험 및 피로시험을 직접 수행하여 각 물성치를 구하였다. 그리고 크기효과를 고려해 실린더 패드의 곡률반경을 50mm, 70mm, 90mm, 110mm 로 변화시키면서 실린더 패드와 시험편의 접촉 폭 크기를 다르게 하고 하중조건(수직력, 접선력, 반복인장응력)을 모두 동일하게 하여 INSTRON사의 만능시험기로 프레팅 피로시험을 수행하여 곡률반경이 증가함에 따라 수명은 감소하는 것을 알 수 있었다. 프레팅 피로현상의 유한요소해석 수행 조건은 2차원 평면변형률 상태의 탄성-접촉문제로 하였으며, 실제 시험모델의 1/2 모델을 사용하였다. 그리고 물성치는 인장시험 결과인 탄성계수(E), 푸아송비(ν)를 사용하였으며 시험과 같이 하중을 곡률반경에 변화에 따라 동일하게 적용하여 유한요소해석을 수행하였다. 그 결과 프레팅 피로 시험과 동일하게 곡률반경이 커짐에 따라 수명이 감소하는 것을 볼 수 있었다. 또 유한요소해석 결과의 응력, 변형률과 피로시험의 물성치로 위험단면법(SWT-모델)을 사용하여 시험편과 패드간의 접촉표면의 수명을 예측할 수 있었으며, 프레팅 피로 시험 결과와 비교하였을 때 과도하게 차이가 나는 것을 볼 수 있었다. 그래서 위험거리법(점법, 선법, 면적법)을 도입하여 수명예측을 하였다. 기존의 선법 및 면적법을 이용하지 않고, 표면에서 가장 위험한 부분에서 깊이방향으로 각 위치마다 수명을 평가한 결과 0.03mm지점에서 시험 수명과 거의 동일하게 나오는 것을 알 수 있었다. 크기효과를 적용한 프레팅 피로시험과 유한요소해석을 통해 수명평가를 한 결과 접촉 폭이 커짐에 따라 수명은 감소하는 것을 알 수 있었으며, 위험단면법(SWT-모델)을 사용하여 수명을 예측하여 표면의 수명은 과도하게 차이가 나는 것을 알 수 있었다. 그래서 위험거리법의 점법을 도입하여 Al6061의 위험거리를 구하고 수명을 예측할 수 있었다.
크기효과(크기가 다른 두 부재에 같은 응력이 작용할 때 크기가 큰 부재의 응력구배가 완만해서 높은 응력을 받는 체적부분이 커져서 파손될 가능성이 커짐)를 프레팅 피로현상(접촉하고 있는 두 물체 사이에 미세한 진동의 상대 변위로 인한 접촉 손상)에 접합시켜 Al6061소재로 실린더 패드의 곡률반경을 변화시켜 프레팅 피로시험 및 유한요소해석을 통해 위험단면법과 위험거리법을 도입하여 피로수명 평가를 하였다. 수명평가를 하기 위해서는 기계적물성치와 피로물성치가 필요하다. 그래서 Al6061 소재의 시험편을 제작하여 인장시험 및 피로시험을 직접 수행하여 각 물성치를 구하였다. 그리고 크기효과를 고려해 실린더 패드의 곡률반경을 50mm, 70mm, 90mm, 110mm 로 변화시키면서 실린더 패드와 시험편의 접촉 폭 크기를 다르게 하고 하중조건(수직력, 접선력, 반복인장응력)을 모두 동일하게 하여 INSTRON사의 만능시험기로 프레팅 피로시험을 수행하여 곡률반경이 증가함에 따라 수명은 감소하는 것을 알 수 있었다. 프레팅 피로현상의 유한요소해석 수행 조건은 2차원 평면변형률 상태의 탄성-접촉문제로 하였으며, 실제 시험모델의 1/2 모델을 사용하였다. 그리고 물성치는 인장시험 결과인 탄성계수(E), 푸아송비(ν)를 사용하였으며 시험과 같이 하중을 곡률반경에 변화에 따라 동일하게 적용하여 유한요소해석을 수행하였다. 그 결과 프레팅 피로 시험과 동일하게 곡률반경이 커짐에 따라 수명이 감소하는 것을 볼 수 있었다. 또 유한요소해석 결과의 응력, 변형률과 피로시험의 물성치로 위험단면법(SWT-모델)을 사용하여 시험편과 패드간의 접촉표면의 수명을 예측할 수 있었으며, 프레팅 피로 시험 결과와 비교하였을 때 과도하게 차이가 나는 것을 볼 수 있었다. 그래서 위험거리법(점법, 선법, 면적법)을 도입하여 수명예측을 하였다. 기존의 선법 및 면적법을 이용하지 않고, 표면에서 가장 위험한 부분에서 깊이방향으로 각 위치마다 수명을 평가한 결과 0.03mm지점에서 시험 수명과 거의 동일하게 나오는 것을 알 수 있었다. 크기효과를 적용한 프레팅 피로시험과 유한요소해석을 통해 수명평가를 한 결과 접촉 폭이 커짐에 따라 수명은 감소하는 것을 알 수 있었으며, 위험단면법(SWT-모델)을 사용하여 수명을 예측하여 표면의 수명은 과도하게 차이가 나는 것을 알 수 있었다. 그래서 위험거리법의 점법을 도입하여 Al6061의 위험거리를 구하고 수명을 예측할 수 있었다.
The fretting process occurs when two surfaces are in contact under conditions where there is relative movement of small amplitude so that the resulting were debris remains between the surfaces. Investigators have discussed small amplitude relative motion as being from 1 to 100 micrometers and determ...
The fretting process occurs when two surfaces are in contact under conditions where there is relative movement of small amplitude so that the resulting were debris remains between the surfaces. Investigators have discussed small amplitude relative motion as being from 1 to 100 micrometers and determined that fretting occurs in all structural contact subjected to vibrations. This study deals with the fretting fatigue life considering the effect on contact width sizes with cylinder pads and flat specimens of 6061 aluminum alloy. Fretting fatigue experiments and finite element analysis were performed applying radius change of curvature of cylindrical pad and a constant maximum contact pressure in the contact region to consider the effect on contact width sizes. Fatigue lives on contact surfaces with the SWT-parameter through stresses and strains obtained from finite element analysis were predicted, but these results had considerable differences with the fretting fatigue experiments. The fretting fatigue life predicted at the depth of 0.03mm from contact surface by the point method of the critical distance showed a nearly identical results with fretting experiments.
The fretting process occurs when two surfaces are in contact under conditions where there is relative movement of small amplitude so that the resulting were debris remains between the surfaces. Investigators have discussed small amplitude relative motion as being from 1 to 100 micrometers and determined that fretting occurs in all structural contact subjected to vibrations. This study deals with the fretting fatigue life considering the effect on contact width sizes with cylinder pads and flat specimens of 6061 aluminum alloy. Fretting fatigue experiments and finite element analysis were performed applying radius change of curvature of cylindrical pad and a constant maximum contact pressure in the contact region to consider the effect on contact width sizes. Fatigue lives on contact surfaces with the SWT-parameter through stresses and strains obtained from finite element analysis were predicted, but these results had considerable differences with the fretting fatigue experiments. The fretting fatigue life predicted at the depth of 0.03mm from contact surface by the point method of the critical distance showed a nearly identical results with fretting experiments.
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