HV470강의 짧은 균열 성장에 대한 하한계응력확대계수와 피로한도의 연구

현재용,남기우,김민헌 한국동력기계공학회 2019 동력시스템공학회지 Vol.23 No.5

본 연구는 피로파괴과정의 소성거동을 비선형문제로 취급하여 유도한 Ando 식과 미소균열의 피로한도를 취급한 El Haddad 식에서 유도된 Tange 식을 사용하여, 균열재의 피로한도와 하한계응력확대계수를 구하고, 균열길이 의존성을 평가하였다. 균열재의 피로한도와 하한계응력확대계수는 두 식을 사용하여, 균열길이에 따른 영향을 평가하였다. 응력비에 따르는 피로한도는 수정 굿맨과 피로한도 최대값 일정에서 얻어진 것을 사용하였다. 각 응력비에서 얻어진 균열재의 피로한도는 수정 굿맨과 피로한도 최대값 일정에서 얻어진 피로한도의 차이에도 불구하고, 균열깊이가 성장함에 따라서 균열재의 피로한도는 거의 비슷하게 나타났다. 그러나 0.3mm이하의 짧은 균열 피로한도는 각 응력비의 긴 균열의 하한계응력확대계수에서 벗어나, 0.3 mm 이하의 균열은 진전하지 않는 것으로 판단된다. Ando 식의 피로한도 미소균열식과 El Haddad 식에서 유도한 Tange 식은 기본적인 생각 및 식의 형이 전혀 다름에도 불구하고, 하한계응력확대계수는 거의 일치하였다. 수정 굿맨의 피로한도를 사용한 응력확대계수/하한계응력확대계수의 비는 응력비에 관계없이 각 균열 길이에서 같았으나, 결과적으로 를 사용한 Tange 식과 Ando 식은 피로한도 최대값 일정의 응력비가 증가함에 따라서 응력확대계수/하한계응력확대계수의 비가 작아져, 안정하게 평가되었다.

적외선 열화상과 음향방출을 이용한 STS304 스테인리스강의 피로한도 결정 및 평가

이민호,왕량,박정훈,최낙삼 대한기계학회 2023 大韓機械學會論文集A Vol.47 No.7

The accuracy of the Hayabusa, energy rate, and acoustic emission method should be assured for non-destructive fatigue limit determination. In this study, the fatigue limit of STS304 steel was determined by measuring the dissipated heat behavior through the thermography induced by fatigue load cycles. The degree of change in the fatigue limit according to the presence of the hole notch of the specimen was also analyzed. Acoustic emission measurement was performed simultaneously to determine the fatigue limit, and the results were compared with the thermographic results. For each method measuring the fatigue limit, the effects of the hole notch and load cycles were explored, and the usefulness of the fatigue limit determination was discussed by comparing the results of the staircase method. 열화상 Hayabusa 방법, 열화상 냉각속도 방법, 음향방출 방법을 적용하는 기계재료 피로한도의 측정은 비파괴적 결정방법으로서 정확성이 요구된다. 본 연구에서는 STS304 스테인리스강을 소재로 하여 피로사이클 수에 따른 온도 안정화 단계 진입 여부를 구분하여 열화상기법을 통해 소산열을 획득하여 피로한도를 결정하였다. 시편의 원공노치 유무에 따른 피로한도의 변화 정도를 분석하였다. 또한 음향 방출 방법을 병행하여 피로한도를 측정하고 해당 결과를 열화상 측정 결과와 비교 분석하였다. 피로한도 결정방법별로 원공노치와 반복하중 횟수의 효과가 구해졌으며 소재의 피로한도에 대한 기존 계단식 측정법의 결과와 비교하여 유용성을 검토하였다.

고정원 강화를 위해 치면에 부착한 fiber-reinforced composite과 스테인리스강 와이어의 피로한도 비교

김문정,박수병 대한치과교정학회 2005 대한치과교정학회지 Vol.35 No.4

본 연구는 고정원을 강화하는데 사용되는 fiver-reinforced composite (FRC)과 스테인리스강 와이어의 피로한도를 치아의 생리적 동요도가 허용되는 조건에서 비교하여 FRC의 임상적 유용성을 알아보기 위해 시행되었다. 스테인리스강 와이어군은 각형과 원형 와이어군으로 나누고 FRC군은 uni-directional군과 woven군, 그리고 각각의 군에 있어서 치간 부위에 레진을 코팅한 군과 코팅하지 않은 군으로 나누었다. 각 군간의 피로한도를 일반적인 교정치료기간을 재현한 5 x 10^(5) cycle의 피로한도 내에서 측정하여 비교하였다. 그 결과 스테인리스강 와이어에서는 각형 와이어가 원형 와이어보다 피로한도가 더 높았지만 통계적으로 유의하지는 않았다 (p > 0.05). 치간부위를 레진으로 코팅한 FRC와 코팅하지 않은 FRC 모두 uni-directional군이 woven군보다 피로한도가 더 높게 나타났으며 (p < 0.05) 그 값은 치간 부위를 레진으로 코팅한 FRC가 코팅하지 않은 FRC보다 더 높게 나타났다 (p < 0.05). 스테인리스강 와이어와 FRC 모두 임상적으로 유용한 5×10^(5) cycle의 피로한도 내에서는 파절되지 않았기 때문에 둘 다 고정원 강화를 위해 사용하여도 충분하며 또한 심미성이 요구되거나 부가적인 장치의 부착이 필요한 곳에서는 FRC를 사용하여도 충분하리라 생각된다. This study was performed to compare the fatigue limit of stainless steel wires and Fiber-reinforced composites (FRC) under conditions of permitting physiologic tooth movement, and to evaluate the clinical value of FRCs which was used to reinforce the anchorage unit. The stainless steel wire groups were divided into round and rectangular wire groups. The FRC groups were divided into uni-directional and woven groups, with resin coating and without resin coating in the proximal area. After the number of cycles to failure of each of the 6 groups were measured within the 5×10^(5) cycle fatigue limit simulating the orthodontic treatment period, the fatigue limit of each group was compared with each other. The findings of this study were as follows. In stainless steel wires, the fatigue limit of rectangular wires were higher than that of round wires. But there was no statistically significant difference (p > 0.05). In FRCs with resin coating and without resin coating in the interproximal area, the fatigue limit of uni-directional type was higher than that of the woven type (p < 0.05). In uni-directional and woven type FRCs, the fatigue limit of FRC with resin coating in the interproximal area was higher than that of FRC without resin coating (p < 0.05). As the FRCs and stainless steel wires did not fracture until the 5×10^(5) cycle fatigue limit which clinically is useful, it is sufficient to use FRC and stainless steel wire for reinforcing anchorage. When esthetics is important and the attachment of additional devices are necessary, it seems sufficient to use FRC as anchorage reinforcement.

small artificial defect(미소인공결함)

이승용,정재강,홍석주 朝鮮大學校 機械技術硏究所 1998 機械技術硏究 Vol.1 No.1

본 실험에서는 자동차의 전륜 구동축재(S43C, S50C)에 대해서 미소 원공결함을 가공한 비열처리재와 고주파열처리재의 피로시험편에 회전굽힘응력을 가하여 피로강도와 피로크랙의 발생 및 전파거동에 관하여 실험한 결과 다음과 같은 결론을 내렸다. 비열처리 S43C재 및 S50C재의 피로한도는 각각 98.1MPa, 107.9MPa이었고, 열처리재의 경우 각각 147MPa, 156MPa로서 열처리재는 비열처리재보다 약 50Mpa 증가하였다. 응력이 피로한도의 110%에서 120%로 증가하는 경우 비열처리인 S43C재 및 S50C재에서 피로수명의 감소율은 각각 약 49%, 약 45%였으며 또한 열처리재의 경우는 각각 약29%, 약 22%로서 비열처리재보다 열처리재가 피로수명 감소율이 낮게 나타났다. 평활재에서 표면 미시크랙의 발생은 비열처리재인 S43C 및 S50C에서는 수명비(N/Nf) 0.2정도에서 처음 관찰되었으며, 동일한 수명비에서 관찰된 미시크랙의 수는 S43C가 많았고, 평균 크랙길이는 S50C가 길었다. 피로크랙길이와 파단수명비의 관계 log(2a)=A+B(N/Nf)식에 본 실험재료를 적용한 결과 응력수준에 관계없이 잘 일치하였다 In this paper, an experiment to investigate the behavior of fatigue crack propagation in induction hardened structural carbon steel(S43C, S50C) with artificial defect are conducted by the rotary bending fatigue test in the room temperature. The summarized results are as follows: The fatigue limits obtained from experiments of as-received S43C and S50C were 98.1MPa and 107.9MPa respectively. The fatigue limit of heat-treated materials were 147MPa and 156MPa respectively. It means that the heat-treated specimens showed about 50MPa higher fatigue limits than the as-received material. When the applied stress was increased from 110% to 120% of fatigue limit, the decreasing rate of fatigue life was around 49% and 45% respectably in the as-received S43C and S50C, in case of the heat-treated materials, the decreasing rate of fatigue life was around 29% and 22% respectively. It means that the heat-treated materials had lower decreasing rate of fatigue life than the as-received materials. The initiation of surface micro crack was observed at 0.2 of fatigue life ratio in as-received S43C and S50C. The number of micro cracks in S43C were more than that of S50C, but the average crack length in S50C was longer than that of S43C at the same fatigue life ratio. Experimental results obtained from fatigue test were evaluated with the equation log(2a)=A+B(N/Nr). The relationship between crack length and cycle ratio showed a good agreement to the experimental results.

소성가공에 따른 STS 304L 재료의 기계적 특성 및 피로평가

심현보(Hyun-Bo Shim),김영균(Young-Kyun Kim),서창민(Chang-Min Suh) 대한기계학회 2017 大韓機械學會論文集A Vol.41 No.7

STS 304L 강재의 냉간압연율의 증가에 따라 t가 1.5 mm에서 1.1 mm까지 감소하면 인장강도, 항복 강도, 경도치 및 UFT피로시험의 피로한도는 선형적으로 증가하였다. t=1.5 mm, t=1.4 mm, t=1.3 mm 및 t=1.1 mm인 4가지 시험편의 UFT피로시험(R= 1)결과, 회전굽힘피로시험(R= 1)의 결과처럼 106 영역에서 S-N곡선의 피로한도가 절점(knee point)을 형성하였고, 기가사이클 피로에서 생기는 현상인 피로한도가 추가로 감소하지않았다. 또 t=1.1 mm인 경우 가장 높은 피로한도 345 MPa로 되었고, 원소재(t=1.5 mm)에 대하여 64.3 % 증가하였다. 냉간압연율에 따른 UFT피로시험결과 많은 작은 표면균열이 티어링(tearing)하면서 발생, 성장, 서로 합체하였다. The purpose of this study is to investigate the influence of the cold reduction rate and an ultrasonic fatigue test (UFT) on the fatigue behaviors of STS 304L. The tensile strength, yield strength, hardness value and fatigue limit in the UFT fatigue test linearly increased as thickness decreased from 1.5 mm to 1.1 mm, as the cold reduction rate of STS 304L increased. As a result of the UFT fatigue test (R = -1) of four specimens, the fatigue limit of the S-N curve formed a knee point in the region of 106, and the 2nd fatigue limit caused by giga cycle fatigue did not appeared. In the case of t = 1.1 mm, the highest fatigue limit was 345 MPa, which was 64.3% higher than the original material (t = 1.5 mm). As a result of the UFT fatigue test of STS 304L, many small surface cracks occurred, grown, coalesced while tearing.

적외선 열화상기법을 이용한 원공노치를 갖는 금속의 피로한도 측정

이건일(Geonil Lee),박정훈(Jung-Hoon Park),최낙삼(Nak-Sam Choi) 대한기계학회 2021 大韓機械學會論文集A Vol.45 No.5

열화상기법을 이용한 피로한도 측정은 시편 형상에 따른 불확실성이 있다. 본 연구에서는 비접촉식 열화상기법을 이용하여 Al6061과 STS304 소재의 원공노치 시편의 피로시험 시 소산열 거동을 분석하고 피로한도 측정법을 제안하였다. 원공노치의 선단부에서 측정위치를 변수로 소산열 거동을 측정하였으며 완전교번응력 하에서 1 Hz, 5 Hz의 하중주파수로 피로시험을 수행하였다. 하중주파수 5 Hz, 원공노치 앞 1 mm에서 가장 뚜렷한 소산열의 변화거동을 보였으며, 이렇게 구한 최적실험조건을 고정하고 Hayabusa 방법을 개선하여 OCM(one curve method)으로 피로한도를 구한 결과 1.1%의 낮은 오차를 보여 열화상기법에 의한 피로한도 측정의 정확성을 제시하였다. The fatigue limit measurement using the thermography method has uncertainties depending on the shape of the specimen. In this study, we analyzed the behavior of heat dissipation during the fatigue tests of circular hole notched specimens of Al6061 and STS304 using a non-contact thermography method and proposed an adequate measuring method of the fatigue limit. Dissipated heat behavior was measured according to various measurement locations ahead of the hole notch tip, and fatigue tests were performed with full alternating stress and load frequencies of 1 Hz and 5 Hz. The fatigue limit measurement was the most accurate at the load frequency of 5 Hz and 1 mm in front of the hole notch. Based on the optical experimental conditions and by improving the Hayabusa method, the fatigue limit was calculated using the one curve method that showed a low error of 1.1%, suggesting an excellent accuracy of the fatigue limit measurement by the thermography method.

불규칙 접촉하중에서의 피로한도에 관한 연구

안득만,옥영구 부산대학교 생산기술연구소 2001 生産技術硏究所論文集 Vol.60 No.-

구 접촉 하에서 Hamiltion 식을 사용하여 표면아래 응력을 해석하고 피로이론을 적용하여 마찰 계수의 변화에 따른 피로한도를 구하였다. 또한 거친 표면을 생성하고 거친 표면의 접촉시 발생하는 표면의 불규칙 하중을 계산하고 표면 아래 응력을 해석하였으며 여기에 피로이론을 적응하여 피로한도를 구하였다. 피로이론은 세 부류로 나누어 적용하였으며 임계 평면 이론과 응력 불변량 이론 그리고 Meso-이론을 사용하였다. First of all, this paper analyzes the subsurface stress at the spherical contact using Hamilton equation, and with that data, calculates the fatigue limit under the variations of friction coefficient using fatigue theory. After matins rough surface, this paper figures out the random load generated by contacting to the rough surface, analyzes the stress of its subsurface, and calculates the fatigue limit of the rough surface using fatigue theory. The three parts of the fatigue theory are applied, which are critical plane theory, stress invariant theory and mesoscopic theory.

유압 피스톤 펌프 소재의 피로특성 연구

김남석(Nam Seok Kim),남기우(Ki Woo Nam),김현수(Hyun Soo Kim) 대한기계학회 2011 大韓機械學會論文集A Vol.35 No.5

본 연구는 유압 피스톤 펌프 재료로 사용되고 있는 SACM645소재를 사용하여 모재, QT(quenching & tempering) 시험편 및 QT 질화시험편의 피로특성을 조사하였다. 피로특성 조사결과는 다음과 같다. QT 질화시험편은 피로한도가 인장강도의 80%로 나타나 아주 높은 값을 나타내었다. 이것은 시험편 표면에 단단한 질화처리를 실시하여 피로균열의 발생을 지연시켰고, 피로균열이 발생하더라고 소재가 단단하여 균열진전속도가 늦었다고 판단된다. 파면 관찰결과 피로균열진전 영역에서는 모두 스트라이에이션이 관찰되었고, 피로균열진전 이외의 영역에서 QT 시험편은 벽개파괴의 양상을, 모재와 Qt 질화시험편은 딤플 파괴의 양상을 나타내었다. Oil hydraulic piston pumps are extensively used worldwide because of their simple design, light weight, and cost effectiveness. However, an oil hydraulic pump is likely to have high leakage, friction, and low energy efficiency after long-term use. In oil hydraulic piston pumps the clearance between the valve block and the piston plays an important role in the volumetric and overall efficiency. We studied the wear property of the SACM645 material used in hydraulic piston pumps via experiments with different heat treatments. We prepared three different specimens. The maximum tensile strengths of the QT and QT-nitration specimens are similar (about 820 MPa), but the strains are significantly different. However, the fatigue characteristic depended on the heat treatment.

블완전용입 맞대기 용접재의 용입깊이에 따른 피로강도특성 및 잔류수명의 산출

한승호,한정우,신병천,Han, Seung Ho,Han, Jeong Woo,Shin, Byung Chun 한국강구조학회 1998 韓國鋼構造學會 論文集 Vol.10 No.3

본 연구에서는 기존의 강교에서 흔하게 발견되고 있는 맞대기 용접부의 용입불량으로 인한 부재의 피로강도 저하도를 정량적으로 평가하고자 하였다. 이를 위하여 강교량의 재료로 널리 사용되고 있는 SWS490강으로 제작된 완전용입 및 용입깊이가 서로 다른 불완전용입 맞대기 용접시험편을 대상으로 일정진폭하중시험을 수행하여 S-N선도를 산출하고 이를 비교 검토하였으며, 파괴역학적 방법을 이용하여 불완전용입 용접재의 피로수명을 계산하였다. 본 연구의 결과로서, 완전용입 용접재의 경우 AASHTO의 피로강도등급선도와의 비교에서 피로한도값은 A등급보다 높은 값을 보였고, S-N선도의 기울기는 5.57로 매우 높게 나타났다. 불완전용입 용접재의 경우 불완전용입깊이 D가 증가함에 따라 피로강도가 감소하는데, D=14.7mm인 경우 AASHTO의 E'등급보다 낮게 나타난다. 불완전용입 용접재의 파손거동에서 피로균열은 내부 용접루트 선단부에서 a/c가 매우 작은 반타원형 표면균열의 형태로 발생하고, 시험체의 두께방향으로 진전하여 최종파손을 유발한다. 파괴역학적 방법을 이용한 불완전용입 용접재의 피로수명을 평가하기 위하여 3차원 반타원형 균열형상에 대한 응력확대계수 K를 유한요소해석으로 구하였다. 여기서 얻어진 K값과 실험으로 얻어진 Paris식의 상수를 이용하여 불완전용입 용접재의 피로수명을 계산하여 비교하였다. 그리고 실제 불완전용입 맞대기용접부의 파손으로 붕괴사고가 발생한 성수대교의 수직재에 본 연구결과를 적용하여 피로수명을 계산해 보았다. In this paper fatigue strength reduction of butt weld with penetration defect, which can be seen frequently in the steel bridge, was assessed quantitatively. S-N curves were derived and investigated through the constant amplitude fatigue test of fully or partially penetrated welded specimen made of SWS490 steel. The fracture mechanical method was applied in order to calculate the remaining fatigue life of the partially penetrated butt welds. The fatigue limit of the fully penetrated butt welds was higher than that of category A in AASHTO's fatigue design curves, and the slope of S-N curves with 5.57 was stiffer than that of other result for welded part generally accepted as 3. The fatigue strength of the partially Penetrated butt weld was strongly influenced by the size of lack of penetration, D. It decreased drastically with increasing D from 3.9 to 14.7mm. Fracture behaviour of the partially penetrated butt weld is able to be explained obviously from the beach mark test that a semi-elliptical surface crack with small a/c ratio initiates at a internal weld root and propagates through the weld metal. To estimate the fatigue life of the partially penetrated butt weld with fracture mechanics, stress intensity factors K of 3-dimensional semi-elliptical crack were calculated by appling finite elements method and fracture mechanics parameters such as C and m were derived through the fatigue test of CT-specimen. As a result, the fatigue lives obtained by using the fracture mechanical method agreed well with the experimental results. The results were applied to Sung-Su bridge collapsed due to penetration defects in butt weld of vertical member.

선박용 디젤 엔진 크랭크 스로 부품용 S34MnV강의 피로한도에 대한 신뢰도 예측

김선진(Seon Jin Kim),공유식(Yu Sik Kong) 대한기계학회 2016 大韓機械學會論文集A Vol.40 No.8

본 논문은 스테어케이스법을 사용하여 크랭크 스로 부품용 S34MnV강의 피로한도의 신뢰도를 평가하는 것이다. 크랭크 스로 부품의 소재는 S34MnV이며, 뜨임 및 풀림 열처리된 단조강이다. 본 연구에서는 설계피로강도의 신뢰도를 예측하기 위해 축 하중 일정진폭 피로시험을 수행하였다. 시험편은 평균응력 0 MPa의 동일한 응력부하를 적용하였고, 즉 응력비는 -1로 하였다. 피로시험 결과는 Dixon-Mood 접근법으로 평가하였다. 스테어케이스법에 의해 예측된 피로강도의 평균과 표준편차는 각각 296.3 MPa 및 10.6 MPa로 나타났다. 마지막으로 어떤 임의의 파손 확률에 대한 피로강도의 신뢰도를 예측하였다. 본 연구에서 제안한 예측법은 단조강의 설계 최적화를 위한 피로강도 값을 결정할 수 있다. The aim of this study is to estimate the reliability of fatigue limit of the material used for crank throw components according to the staircase method. The material used for crank throw components is forged S34MnV grade steel, which is heat treated by normalizing and tempering. In this work, to predict the reliability of the design fatigue strength, axially loaded constant amplitude fatigue testing was conducted. The test specimens were loaded with an axial push/pull load with a mean stress of 0 MPa, which corresponds to a stress ratio of R=–1. The fatigue test results were evaluated by Dixon-Mood formulas. The values of mean fatigue strength and standard deviation predicted by the staircase method were 296.3 MPa and 10.6 MPa, respectively. Finally, the reliability of the fatigue limit in some selected probability of failure is predicted. The proposed method can be applied for the determination of fatigue strength for design optimization of the forged steel.