[논문]Rainflow Counting방법을 이용한 피로 손상 해석

김정훈; 이학; 지광습; 박병훈; 공정식

Rainflow Counting방법을 이용한 피로 손상 해석
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김정훈 (고려대학교 건축사회환경공학과) , 이학 (고려대학교 건축사회환경공학과) , 지광습 (고려대학교 건축사회환경공학과) , 박병훈 (국방과학연구소) , 공정식 (고려대학교 건축사회환경공학과)

The loss of strength in an aircraft structure as a result of cyclic stress over a period of life time is an important phenomenon for aircraft analysis. Load/stress spectrum can be constructed from the occurrence frequency based on the load/stress histories during a service lifetime. In this paper, three types of fatigue spectrum was compared. The rainflow counting method was applied to concentrate the stress spectrum obtained from the flight loads recorder(FLDR). A fatigue analysis for different stress spectrum was performed by using LUSAS computer application.

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

문제 정의

재현 된 스펙트럼이 피로 수명을 예측하는 이론적인 균열 성장 모델과 S-N의 다양성에서 성공적으로 이용 되어 진다. 이 논문에서는 항공기의 수명 동안의 피로스펙트럼의 종류와 rainflow counting방법에 대해서 알아보고 적용된 예로 ASTM의 compact tension(CT)시편에 루사스를 이용한 피로해석을 수행하였다.

가설 설정

접근이다. 피로에 의한 구조물의 파단은 무수한 피로하중에 의한 일(work)이 재료가 한계 값까지 도달했을 때 일어나고 피로에 의한 손상은 최대응력이 피로한도보다 큰 경우에만 일어난다는 가정 아래 유도된 것이다. 작용하는 응력이 주로 재료의 탄성 범위 안에 있고 하중이력이 광범위하고 피로한도 이상의 응력이 대부분인 경우 비교적 좋은 평가 방법이 된다.

제안 방법

. rainflow counting방법을 구한 진폭 히스도그램을 일련의 하중 케이스로 정의하여 Fatigue spectra에 입력을 하였다. 표 3은 루사스 피로해석 결과이며 두 segment의 응력스펙트럼으로 인해 작은 Damage를 받는 것으로 나타났지만 segment 9응력스펙트럼이 segment 6보다 두 배정도 큰 손상을 입히는 것을 알 수 있었다.
그림 5은 두 segment 응력스펙트럼의 진폭 히스토그램으로 오른쪽 진폭의 값이 큰 사이클이 많다는 것을 알 수 있다. 이 두 개의 segment 진폭 히스토그램으로 피로 해석을 하여 손상 정도의 차이를 비교해 보이려고 한다.
항공기의 운용 중 한 부분의 응력스펙트럼데이터를 rainflow counting방법으로 카운팅하여 응력 진폭에 대한 히스토그램을 만들었다. 이 히스토그램의 응력연속의 케이스를 루사스에 입력하고 Miner의 선형손상법칙을 이용하여 Damage 해석을 하였다.

대상 데이터

ASTM의 compact tensioMCT)을 시편으로 하고 재료는 AL7(政)-T7451 로 해석을 하였다. 그림6 과 같은 NHL-HDBK-5F의 S/N 곡선(Best-Fit S/N curves for urmotched 7075T'7451plate)이고 그림 7은 루사스에 정의된 S-N곡선이고 표 2는 S N곡선의 데이터 계수이다.

이론/모형

Matsuiski 등 (1969)가 복잡한 하중 데이터를 일련의 경계 공칭 응력으로 간소화 시켜서 물리적으로 의미 있는 방법을 사용하여 그들을 저장하고 크고 작은 진폼 사이클을 나누는 a cycle counting method를 도입하였다. rainflow counting방법은 두 개의 패러미터의 방법으로 각 사이클의 평균값과 사이클에 대한 정보를 저장한다、하중이력이 최대 점 또는 최소 점에서 시작하고 끝난다면 이러한 모든 것은 동일한 카운트 수가 된다.
히스토그램을 만들었다. 이 히스토그램의 응력연속의 케이스를 루사스에 입력하고 Miner의 선형손상법칙을 이용하여 Damage 해석을 하였다. 응력스펙트럼에서 두 개의 segment에 대한 전체적인 수명에 대한 것이고 응력스펙트럼의 크기와 사이클의 차이로 인한 해석결과의 차이를 보이긴 하였지만 실제적으로 시편의 정확한 손상은 아닐 것이다.

성능/효과

rainflow counting방법을 구한 진폭 히스도그램을 일련의 하중 케이스로 정의하여 Fatigue spectra에 입력을 하였다. 표 3은 루사스 피로해석 결과이며 두 segment의 응력스펙트럼으로 인해 작은 Damage를 받는 것으로 나타났지만 segment 9응력스펙트럼이 segment 6보다 두 배정도 큰 손상을 입히는 것을 알 수 있었다.

후속연구

그래서 앞으로의 연구 계획을 상호 간섭효과를 고려할 수 있도록 무질서 율이라는 패러미터를 사용하여 사이클 카운팅 방법을 개발하고 시간 의존적인 피로 균열 성장을 다루는데 paris's law을 이용하여 연구를 수행을 할 예정이다.

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