피로 해석

부품이나 구조물이 주기적으로 반복되는 기계적 혹은 열하중을 받을 경우 피로에 의한 파손이 발생할 수 있습니다. 이러한 현상은 피로라고 알려져 있습니다. 각 응력 변동 싸이클마다 물체가 조금씩 약해져서 여러 차례의 싸이클을 거친 후 물체가 파손됩니다. 피로는 여러 물체, 특히 금속 소재의 물체에서 파손을 일으키는 주 원인이 됩니다. 피로로 인해 파손되는 물체의 예로는 회전기계, 볼트, 비행기 날개, 소비재 제품, 해상 플랫폼, 선박, 차축, 교량, 골격 등이 있습니다.

선형 또는 비선형 구조 스터디에서는 피로에 의한 실패를 예상하지 못합니다. 이런 스터디에서는 지정한 구속 및 하중의 환경에 영향을 받는 설계의 반응을 계산합니다. 분석 전제가 적용되었고 계산된 응력이 허용 응력 한계 내 수치인 경우 하중의 적용 횟수에 관계없이 해당 환경에서 설계가 안전한 것으로 봅니다.

정적 해석, 비선형 해석 또는 시간 기록 선형 동적 해석 스터디의 결과는 피로 해석 스터디를 정의할 때 기초 자료로 사용됩니다. 특정 위치에서 피로 파손 발생에 요구되는 사이클의 수는 재질과 응력 굴곡에 따라 다릅니다. 특정 재질의 경우 이러한 정보가 SN 곡선이라는 곡선으로 제공됩니다.

피로에 의한 파손 단계

피로에 의한 파손 단계는 다음과 같이 3단계로 발생합니다.

• 1단계. 재질에서 하나 이상의 균열이 발생합니다. 균열은 재질의 어느 곳에서나 발생할 수 있지만 대개, 높은 응력 변동으로 인해 경계 면에서 발생합니다. 파손 또는 균열은 여러 가지 원인에 의해 발생할 수 있습니다. 예를 들어, 재질의 미세 구조가 불완전하거나 가공 또는 취급 시 생긴 표면의 긁힘 등이 원인이 될 수 있습니다.

• 2단계. 일부 또는 전체적인 파손이 연속적으로 하중이 부가된 결과로 발생합니다.

• 3단계. 부가된 하중을 견뎌낼 수 있는 설계 내구성이 모델에 파손이 발생할 때까지 계속해서 저하됩니다.

피로로 인한 파손은 재질의 표면에서 시작됩니다. 따라서, 모델 표면을 강화하면 피로 이벤트를 적용한 모델의 수명이 늘어납니다.

관련 항목

피로 검사 플롯

피로 해석 실행

Rainflow 순환 회계법

SN 곡선

누적 손상 이론