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유한요소법을 이용한 파괴 역학적 방법의 신뢰성설계기술에 관한 연구
A Study on Reliability Design of Fracture Mechanics Method Using FEM 원문보기

한국산학기술학회논문지 = Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society, v.16 no.7, 2015년, pp.4398 - 4404  

백승엽 (영진전문대학 컴퓨터응용기계계열) ,  이봉구 (영남이공대학교 기계계열)

초록
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스테인리스 강판은 동적기계구조물을 제작하기 위한 구조용 재료로 널리 사용된다. 또한 이들을 일체화 시키는 방법으로 가스용접을 많이 사용하게 되는데 가스용접에는 다양한 종류에 의해 구조물을 일체화 시킨다. 따라서 부재와 부재를 연결하는 용접부에 대한 응력분포 및 피로강도평가는 구조물의 건전성 및 수명을 연구하는데 매우 중요한 요소가 된다. 그래서 본 연구에서는 피로시험에 의해서 얻어지는 ${\Delta}P-N_f$ 관계를 유한요소해석법에 의해서 최대주응력으로 ${\Delta}{\sigma}-N_f$ 관계로 나타내어 피로설계기준을 정하였고, 이 결과를 이용해서 확률론적 통계해석기법을 적용해서 가속식을 추정하여 임의의 목표수명을 예측할 수 있는 신뢰성설계기술기법을 제시하고자 하였다.

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

Stainless steel sheets are widely used as the structural material for dynamic machine structures, These kinds structures used stainless steel sheets are commonly fabricated by using the gas welding, For fatigue design of gas welded joints such as various type joint. It is necessary to obtain design ...

주제어

#Fatigue Design Criterion   #Accelerated Life Test   #Life Prediction   #Reliability  

AI 본문요약
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* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

  • 본 연구에서는 설계의 신뢰도를 높이기 위해 동일한 시험환경조건에서 획득한 피로파괴데이터를 유한요소해석을 이용하여 파괴 메커니즘(fracture mechanism)을 추정하고 피로파괴 데이터를 통계적으로 분석하여 수명모델(life model)을 추정함으로써 피로설계기준에 대한 신뢰성설계기술을 개발하고자 하였다. 본 연구의 전체적 흐름은 Fig.

가설 설정

  • Table 5는 수명-스트레스 관계의 역 누승 모형을 이용한 플러그와 링용접 이음재의 가속수명 추정 식을 나타낸 것이다. 가속 조건은 무한수명에 해당하는 107Cycles의 피로 한도 조건을 정상상태로 놓았을 경우 최대인장강도의 70%, 50%, 30%를 가속조건으로 가정하였으며, 통계적 해석 및 데이터 분석에 사용된 프로그램은 MINITAB 14.0을 사용 하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
스테인리스 강판은 어디에 사용되는가 스테인리스 강판은 동적기계구조물을 제작하기 위한 구조용 재료로 널리 사용된다. 또한 이들을 일체화 시키는 방법으로 가스용접을 많이 사용하게 되는데 가스용접에는 다양한 종류에 의해 구조물을 일체화 시킨다.
동적기계구조물의 접합기술인 용접부에 대한 신뢰성 확보는 무엇에 영향을 미치는가 동적기계구조물의 접합기술인 용접부에 대한 신뢰성 확보는 전체구조물의 건전성과 내구성에 직접적인 영향을 미치므로, 구조물 설계 시 요구되는 여러 조건들을 만족시킬 수 있도록 설계되어야한다. 특히 철도차량이나 자동차와 같은 동적하중을 직접적으로 받는 박판 구조물 설계에 있어서는 무엇보다도 판재와 판재를 일체화시키는 과정에서 발생하는 금속학적, 역학적 현상 외에도 용접이음부의 기하학적 인자들이 파괴․역학적 피로강도에 미치는 영향에 대한 정보를 확보하는 것이 매우 중요 하다.
실제 피로파괴 시험을 통해 얻어진 ∆P-Nf관계를 이용하여 평가하는 방법의 단점은 무엇인가 그래서 실제 피로파괴 시험을 수행하여 얻어진 ∆P-Nf관계를 이용하여 평가하는 방법이 가장 일반적이었고 많이 활용되어왔다[1-3]. 그러나 피로파괴 데이터를 장시간 획득하는 과정에서는 여러 가지 제어할 수 없는 변동인자들에 의해 피로파괴 데이터가 영향을 받기 때문에 시험데이터의 신뢰도가 떨어지는 것이 사실이다. 또한, 박판이음재의 재질 및 접합 형태가 달라질 때마다, 각각의 경우에 대해 새로운 피로 파괴시험이 요구되므로 많은 시간과 비용이 소요된다. 또한 신뢰성기술에 대한 기존 연구 분야에서는 피로수명 평가를 위한 와이블 분포함수의 모수를 평가함에 있어서 여러 가지 모수 추정 법을 비교 평가한 걸과, 상관관계 수법이 3모수 와이블 분포함수를 평하는데 가장 적절하다고 평가하였다.
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참고문헌 (8)

  1. J. H. Shin, "Fatigue Strength Evaluation of SM490A Welded joints for Bogie Frame", Master's Thesis, Sungkyunkwan University. pp. 12-14, 2003. 

  2. D. H. Bae, "Fracture Mechanical Fatigue Design for Spot-welded one-Lap joint of SUS301L Subjected to Tensile Shear Load", KSAE, Vol. 13, No 5, pp. 42-50, 1991. 

  3. S. Y. Baek, "A study on the Fatigue Design Method for Gas Welded STS301L joint Using a Probabilistic Statistics Technique", Doctor's Thesis, Sungkyunkwan University, pp. 47-59, 2009. 

  4. T. Sakai, "Estimation of Three Parameter of Weibull Distribution in Relation to Parameter Estimation of Fatigue Life Distribution," Japanese Material, Vol. 29, No. 316, pp. 17-23, 1979. DOI: http://doi.org/10.2472/jsms.29.17 

  5. M. Shaked, "Non-parametric estimation and Goodness-of-Fit testing of hypotheses for distributions in Accelerated Life Testing", IEEE Transactions on Reliability, R-31-1, pp. 69-74, 1982. DOI: http://dx.doi.org/10.1109/TR.1982.5221234 

    상세보기 crossref

  6. M, Liao, "How to used the new table of Anderson-Darling critical values for Goodness- of-Fit test for the parameter Weibull distribution", Symposium on Reliability and Maintainability, Vol. 28, pp. 191-194, 1998. 

  7. J. F. Lawless, W.&S. John, "Statistical models and Methods for Lifetime data analysis", Wiley Interscience, pp. 95-103, 1982. 

  8. W. Nelson, "Accelerated Testing", John Wiley & Sons, New York, pp. 110-118, 1990. DOI: http://dx.doi.org/10.1002/9780470316795 

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