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문제 정의
- 비틀림 피로 시험기에서 정성적으로 축 정렬 이상에 따른 굽힘을 측정하는 센서는 공식적으로 제안된 것은 아직 없으며, 정량적으로 측정 센스(변형률 게이지)를 부착하여 굽힘량을 정량화 할 수 있을 것이다. 따라서 실험기기의 제한성을 극복하고자 본 연구에서는 유한요소 해석을 통해 정량적 분석하였다. 분석을 위해 시편에 가해지는 misalignment 를 결정하기 위해 측정점에 부여된 평균 변형률은 다음과 같다.
- 본 연구에서는 3 차원 유한 요소 해석을 통해 토오크 제어 피로 시험편의 설계 형상을 제조명해 보고자 한다. 이를 위해 시험 시편 형상 파라메타를 이용한 민감도 분석을 실시하여 적절한 시험 시편 형상을 결정하고, 편심 및 각도 미 정렬 영향을 분석, 시편 내부변화를 확인하고, 재료의 축 정렬 이상유무를 판단한다.
- 본 연구에서는 비틀림 시험 시편의 형상 최적화와 축 정렬 이상 상태를 통해 정렬을 위한 기본 알고리즘을 소개하고, 시편에 미치는 영향에 대해 정량적으로 분석하였다. 해석을 위해 사용된 형상은 미국재료시험협회에서 제안하는 표준 시편 형상을 사용하였으며, 형상변수를 이용하여 시험시편의 적절성을 3 차원 유한요소 해석을 통해 결정하였다.
가설 설정
- 규격치수해석을 위해 r/rref = 0.7 ~ 1.3, Lc/Lc-ref = 0.4 ~ 1.6, di/di-ref = 0.9 ~ 1.1 의 범위를 고려하였고, 완전 탄성 재료로 가정하였으며, 하중은 축방향 모멘트를 부여하였다. Fig.
- Misalignment 발생은 크게 두가지로 분류된다. 실험기기에서 발생되는 Misalignment 와 시험시편이 가진 고유의 Misalignment 로 구분되는데 본 연구에서는 시험시편이 가진 고유의 편차는 고려하지 않았다. Fig.
- 시편형상과 관련된 중요한 무차원 변수로 곡면부 반경( r/rref), 직선부 길이( Lc/Lc-ref), 내경의 크기( di/di-ref)로 3 개의 시험군을 설정하였다. 이때 튜브형 시험편은 외경을 일정하게 유지했으며, r 과 Ls는 di의 영향을 배제하기 위해 튜브형이 아닌 환봉형 부재로 가정하였다. 각 시험군은 5 개의 형상변수를 사용하였으며, 형상변수는 다음과 같이 주어지는 무차원의 수이다.
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