경사제의 다중 파괴모드에 대한 신뢰성 해석

이철응(Lee, Cheol-Eung) 한국해안해양공학회 2008 한국해안해양공학회 논문집 Vol.20 No.2

다중 파괴모드에 대한 경사제 제체의 시스템적 안정성을 신뢰성 이론으로 해석하였다. 먼저 경사제의 안정성과 관련된 네 개의 단일 파괴모드에 대한 신뢰함수가 수립되었다. 각각의 단일 파괴모드에 대한 AFDA 신뢰성 해석 모형이 개발되었으며, CIAD(1985)의 결과와 비교하여 만족스럽게 검증하였다. 단일 파괴모드에 대한 신뢰성 해석에서는 파괴확률 뿐만 아니라 파괴확률에 영향을 미치는 각 확률변수들의 영향계수를 산정하였다. 한편 경사제의 다중 파괴모드에 대한 신뢰성 해석을 수행하기 위해 세 가지, 일차해석법, 이차해석법 그리고 PNET, 해석법이 적용되었다. 해석 결과에 의하면 일차해석법은 파괴확률을 과다 추정하는 경향이 있다. 따라서 다중 파괴모드를 해석할 때는 각 파괴모드간의 상관성을 고려할 수 있는 이차해석법이나 PNET 해석법을 이용하는 것이 바람직하다. 마지막으로 파괴모드간의 상관성에 기인하는 파괴확률의 추가적인 발생 가능성을 다중 파괴모드 해석을 통하여 확인할 수 있었다. A reliability analysis has been performed to investigate the systematic stability of multi-failure modes of rubble-mound breakwaters. The reliability functions of four different failure modes are established straightforwardly. AFDA(Approximate Full Distribution Approcah) reliability models for each failure modes are directly developed and satisfactorily calibrated through the comparison with CIAD's results. In the reliability analysis of single failure mode, the probabilities of failure are calculated and the influence coefficients of random variables in the failure modes are properly evaluated. Meanwhile, three different models such as uni-modal bounds, bimodal bounds, and PNET are applied to evaluate the probabilities of failure of multi-failure modes for rubble-mound breakwaters. It may be found that uni-modal bounds tend to overestimate the probability of failure of multi-failure modes. Therefore, for the systematic reliability analysis of multi-failure modes, it is recommended to use bi-modal bounds or PNET which consider the correlation between the failure modes for rubble-mound breakwaters. By introducing the reliability analysis of multi-failure modes, it could be possible to find out the additional probabilities of failure occurred by the multi-failure modes of a multi-component system such as rubble-mound breakwaters.

다수의 고장모드를 가지는 기계부품의 신뢰성 분석

장무성(Mu Seong Chang),최병오(Byung Oh Choi),강보식(Bo Sik Kang),박종원(Jong Won Park),이충성(Choong Sung Lee) 대한기계학회 2013 大韓機械學會論文集A Vol.37 No.9

대부분의 제품은 다수의 고장모드를 가지지만, 일반적으로 신뢰성 분석에서 고장모드 별로 분석하는 경우는 많지 않다. 또는 신뢰성 분석 시 고장모드에 대한 정보를 제공하지 않거나 대표적인 고장모드로 분석하기도 한다. 특히 신뢰성 인증시험에서 가정하고 있는 형상모수는 제품의 형상모수보다는 고장모드에 대한 형상모수 값이 더 중요하다. 본 연구에서는 다수의 고장모드를 가지는 기계부품에 대한 신뢰성 분석방법으로 경쟁 고장모드 분석방법과 혼합 와이블 분석방법을 소개한다. 그리고 3 가지 고장모드를 가지는 공기압 실린더의 사례에 대해 각 고장모드 별로 형상모수를 구하였으며, 3 가지 고장모드를 고려했을 때와 하나의 고장모드로 가정했을 때의 신뢰성 측도(B10 수명, 특성 수명)을 비교하였다. Most products are indeed governed by multiple failure modes. However, there are few cases in which reliability analysis applies to only one failure mode at a time. Furthermore, reliability data do not include information about failure modes, or the reliability analysis is performed using a representative failure mode. The Weibull shape parameter for failure modes is more important than one for products in the reliability qualification test. This paper presents reliability analysis methods for a mechanical component with multiple failure modes. These methods include the competing failure modes (CFM) method and the mixed Weibull method. Pneumatic cylinder test data with three failure modes are presented to estimate the shape parameter for each separate failure mode. In addition, reliability measures (B10 life, characteristic life) of the pneumatic cylinder considering three failure modes were compared with those assuming a single failure mode.

소단형 방파제의 안정성에 대한 신뢰성 해석

이철응(Lee, Cheol-Eung) 한국해안해양공학회 2007 한국해안해양공학회 논문집 Vol.19 No.5

수리학적 파괴모드인 소단의 후퇴거리와 구조적 파괴모드인 사석재의 파손에 대한 발생 가능성을 확률적으로 해석할 수 있는 신뢰성 해석 모형이 개발되었다. 본 연구에서 수립된 신뢰함수를 이용하여 관련 변수들의 불확실성을 고려할 수 있는 AFDA(Approximate Full Distribution Approach)법과 Monte-Carlo 모의법이 개발되었다. 다른 연구 결과들과 상호 비교하여 신뢰성 해석 모형이 올바르게 수립되었음을 확인할 수 있었다. 또한 기존의 연구자들이 수행하지 못한 각 파괴모드와 관련된 확률변수들의 영향이 해석되었다. 마지막으로 동일한 입사파랑 조건에서 발생되는 두 파괴모드의 의존성을 산정하기 위해 다중파괴모드에 대한 해석도 수행하였다. 다중파괴모드 해석 결과에 의하면 허용 후퇴거리 일정 이상의 범위에서는 구조적 파괴모드가 소단형 방파제의 주 파괴모드가 됨을 확인할 수 있었다. Two reliability models, AFDA(Approximate Full Distribution Approach) and Monte-Carlo simulation method, are directly developed to study on both hydraulic failure mode of berm recession and structural failure mode of armour breakage of berm breakwaters. By comparing the present results with the results of other researcher, it may be confirmed that two reliability models can be straightforwardly applicable to berm breakwaters. Relative influence of each random variable on hydraulic and structural failure probabilities could be properly analyzed. The upper bound and the lower bound of failure probability can be evaluated by using bi-modal bounds of the multiple failure mode analysis, from which it may be possible to investigate some kinds of dependence into between two failure modes. Finally, it may also be found that the structural failure mode of armour breakage could become a main failure mode of berm breakwaters in the condition of more than any allowable berm recession.

Comparison of Failure Mode Inference Methods for Effective Failure Mode and Effects Analysis (FMEA) Implementation

Jae Min Yoo,Dong Geun Ahn,Jung Hee Choi,Joong Soon Jang 한국신뢰성학회 2021 신뢰성응용연구 Vol.21 No.3

Purpose: Omitting potential failure modes or inferencing inappropriate failure modes during failure mode and effects analysis (FMEA) implementation can lead to a lack of understanding of the causes of failures incurred or might lead to introducing inappropriate improvements. Therefore, it is critical to accurately infer the failure modes, which, in turn, requires selecting a suitable failure mode inference method because the results of such methods generally vary depending on the purpose and context of FMEA implementation. Methods: In this study, the advantages and disadvantages of functional and hardware approaches were compared and analyzed by applying them in mechanical and circuit components with respect to the implementation of component FMEA. Results: It was observed that the hardware approach can be more desirable for identifying the causes and mechanism of failures to prevent omissions and address the failure modes. However, when it becomes difficult to represent failure modes based solely on physical aspects, the functional approach can be used simultaneously with the hardware approach. Conclusion: Based on the aforementioned comparison and analysis, guidelines for selecting an effective FMEA method for implementing FMEA in organizations have been presented. However, this study focused only on component FMEA and did not consider system FMEA. Thus, the procedure for system FMEA, in terms of FMEA objectives and implementation, should also be examined.

비점착성 지반의 지하공간 굴착면 파괴모드에 대한 연구

신종호,권오엽,조재완,최민구 사단법인 한국터널지하공간학회 2005 한국터널지하공간학회논문집 Vol.7 No.3

Design analysis for underground spaces requires evaluating stability related to heading collapses. A failure mode is one of the critical factors in the conventional methods of stability evaluation. Identification of failure modes is, therefore, essential in securing safe construction. In this study failure modes at the tunnel heading in cohesionless soils are investigated using physical model tests for various tunnel depths and ground surface inclinations. Test results showed that the effect of depth and the inclination of ground surface on a failure mode are of significance. It is identified that, with an increase in depth, failure modes become localized in a region close to tunnel face. It is also known that an increase in the inclination of ground surface results in inclined and wide failure modes. Numerical simulation of laboratory tests was performed, and shown that the numerical analysis is useful in identifying the heading failure modes, particularly for large underground spaces. 지하공간의 설계는 막장파괴와 관련한 안정성에 대한 평가를 필요로 한다. 막장파괴모드는 전통적인 안정성 평가법에서 중요하게 다루어져 왔다. 본 연구에서는 점착력이 없는 토사지반에 대한 모형실험을 실시하여 토피고와 지반경사의 변화에 따른 터널막장의 종방향 파괴모드를 파악하고자 하였다. 모형실험은, 대형지하공간의 폭원이 충분히 크다는 가정 하에 평면변형조건의 터널 축방향 굴착면 모델에 대하여 실시되었다. 실험결과 토피고와 지반경사는 파괴모드에 중요한 영향을 미치는 것으로 나타났다. 토피고가 증가할수록 지반의 파괴영역이 감소하여 국부 전단 파괴의 형태를 보였다. 또, 지반경사가 증가할수록 굴착면과 사면방향으로 확대되는 유형의 파괴모드를 확인할 수 있었다. 실험모델을 수치해석 모델로 재현하는 해석을 실시하였고, 이로부터 수치해석법을 통해서도 굴착면의 파괴모드의 추정이 가능함을 보였다.

효과적인 공정 FMEA 실행 방법

안동근(Dong Geun Ahn),최정희(Jung Hee Choi),장중순(Joong Soon Jang) 한국신뢰성학회 2021 신뢰성응용연구 Vol.21 No.2

Purpose: This paper proposes the methods and procedures to effectively identify and select potential failure modes to perform a process failure modes and effects analysis (FMEA). Methods: Detailed analyses of processes are generally required to prevent possible omissions and improper utilization of potential failure modes. In this study, a process decomposition is proposed for all procedures summarized in the process-flow chart to identify potential failure modes. To provide detailed identifications of the potential failure modes, a method of decomposing the process into work units is described. In addition, the 4M+1E elements, which are required for the decomposition, are found and listed. Each of the operational performance elements determined in this step was found to interfere with the work. Further, a method of identifying potential failure modes is proposed based on the determined work obstructions. Results: The process flow for an example screw-tightening procedure was decomposed into work units based on its process FMEA. A method to predict the potential failure modes for each disassembled work unit was also established based on the obstacles to work performance. Conclusion: By applying the proposed method to a screw-fastening process, it was confirmed that a process FMEA performed without process decomposition found unexpected potential failure modes.

다중 파괴모드를 고려한 단순 사면의 최적 설계

김현기,신민호,최찬용 한국방재학회 2010 한국방재학회논문집 Vol.10 No.6

Conventional slope stability analysis is focused on calculating minimum factor of safety or maximum probability of failure. To minimize inherent uncertainty of soil properties and analytical model and to reflect various analytical models and its failure shape in slope stability analysis, slope stability analysis method considering simultaneous failure probability for multi failure mode was proposed. Linear programming recently introduced in system reliability analysis was used for calculation of simultaneous failure probability. System reliability analysis for various analytical models could be executed by this method. Optimum design to determine angle of a simple slope is executed for multi failure mode using linear programming. Because of complex consideration for various failure shapes and modes, it is possible to secure advanced safety by using simultaneous failure probability. 최저 안전율 또는 최대 파괴확률을 기반으로 하는 기존의 사면안정해석에 대하여, 지반물성과 해석모델이 갖는 고유 불확실성을 최소화하고, 사면안정해석에서 다양한 안정해석모델과 그에 따른 파괴형상을 반영할 수 있도록, 다중 파괴모드를 고려한 사면의 신뢰성해석기법을 제안하였다. 파괴확률의 산정에는 체계 신뢰성해석분야에서 최근 도입된 선형계획법에 의한 최적화를 이용하였다. 이를 통하여 여러 가지 해석모델을 신뢰성 기반으로 동시에 고려하여 해석할 수 있다. 선형계획법에 의한 다중 파괴모드를 고려한 파괴확률 산정기법을 이용하여 단순 사면의 경사도 결정을 위한 최적 설계를 검토하였다. 그 결과, 동시 파괴확률을 이용하면, 대상으로 하는 사면안정해석모델과 파괴형상 및 파괴확률을 복합적으로 고려할 수 있기 때문에 개선된 안전성을 확보할 수 있을 것으로 판단된다.

자율운항선박 핵심 기관시스템 보조기기의 신뢰성 분석

김정영(Jeong-Yeong Kim),이종직(Jong-Jik Lee),이태현(Tae-Hyun Lee),이송호(Song-ho Lee),김용진(Yong-Jin Kim),신우주(Woo-Joo Shin) 대한기계학회 2021 대한기계학회 춘추학술대회 Vol.2021 No.4

자율운항선박은 국제해사기구(IMO)에서 정의한 자율화 등급 4 단계를 목표로 선원 없이 자율적으로 운항하고, 실측 데이터를 기반으로 고장여부에 대한 의사결정을 스스로 수행한다. 그러나 기존 운항선박에 적용되어 있는 PMS(Planned Maintenance System) 예방정비 기법은 알람을 통해 사후 정비를 하거나, 고장유무에 관계없이 일정시간 사용 후 사전 교체하는 방식으로 운영되고 있다. 이를 위해 상태진단 데이터베이스를 기반으로 상태기반 고장진단 및 예측(Condition Based Maintenance)기술을 적용하여 부품 비용 및 고장시간(Down time)을 최소화하고자 한다. 본 연구에서는 상태진단 데이터베이스를 구축하기 위해 보조기기 2 종의 핵심 고장모드, 고장 발생률 등의 고장사례 분석을 통해 FMEA 및 위험 우선수(RPN) 등을 도출하였고, 이와 같은 신뢰성 분석을 기반으로 핵심 구성품 5 종의 고장모드 및 고장모드 모사 시나리오를 정립하였다. 본 연구를 통해 정립된 시나리오를 기반으로 고장 모사 시험을 진행하여 상태진단 데이터베이스를 구축하고, 자율운항선박의 고장 진단, 예측을 위한 기반이 될 것으로 기대한다. Autonomous ships operate autonomously without a mariner aiming at the 4th level of the level of autonomy defined by the International Maritime Organization (IMO), and make a decision on failure based on actual data. However, the PMS (Planned Maintenance System) preventive maintenance techniques applied to existing ships are operated by either post-maintenance through an alarm or by pre-replacement after a certain period of use regardless of failure. For this, it is intended to minimize component cost and down time by applying condition-based maintenance technology based on the condition monitoring database. In this study, FMEA and risk priority number (RPN) were derived through analysis of failure cases such as core failure modes and failure rates of two ancillary equipment to construct a condition monitoring database, and based on such reliability analysis, core components Five failure modes and failure mode simulation scenarios were established. Based on the scenarios established through this study, failure simulation tests are conducted to construct a condition monitoring database, and it is expected to be the basis for failure diagnosis and prediction of autonomous ships.

Reliability analysis and optimization of the hammer rotor of forage crusher under multiple failure modes

Zhiping Zhai,Donghai Yuan,Yuezheng Lan,Haixu Zhao 대한기계학회 2023 JOURNAL OF MECHANICAL SCIENCE AND TECHNOLOGY Vol.37 No.10

During the operation of a forage crusher, the common issues usually faced are shorter mean time between failures and low reliability. The hammer rotor, a critical component, is prone to fatigue fracture, hammer wear, violent vibration of the rotor system caused by uneven wear of the hammers, and other issues that reduce the machine's service life and reliability. In order to avoid failure modes within the design life of the forage crusher and improve its reliability, the functional functions of the fatigue fracture failure, hammer wear failure, and resonance failure modes were established, the marginal distribution functions for each individual failure mode were computed, and the reliability model of the hammer rotor under multiple failure modes is constructed based on the correlation degree between the failure modes. On this basis, the reliability of the forage crusher is improved by optimizing the structure and working parameters. Before optimization, the fatigue reliability, wear reliability, and vibration reliability of the hammer rotor are 0.878, 0.94, and 0.248, respectively, and the reliability of the hammer rotor under multiple failure modes is 0.2116. After optimization, the fatigue, wear, and vibration reliability are 0.979, 0.9997, and 0.932, respectively. The reliability of the hammer rotor under multiple failure modes is 0.923, which reduces the probability of failure within the design life and meets the requirement that the reliability of key parts of agricultural and animal husbandry machinery is not less than 90 %. This study validates the reliability models and multi-objective optimization results and serves as a reference for forage crusher structural reliability design and optimization.

붕괴모드 조합 예측법에 의한 PSC사장교의 위험도평가

박미연(Park Mi-Yun),조효남(Cho Hyo-Nam),조태준(Cho Taejun) 대한토목학회 2006 대한토목학회논문집 A Vol.26 No.4A

허용응력설계법과 극한한계 상태 설계법에 근거한 케이블과 보강형을 갖는 PSC 사장교의 예를 통해서 통계학적 확률분포를 고려한 확률론적인 위험성을 평가하였다. 사용성 한계상태 및 극한 한계상태에서의 케이블요소의 파괴확률과 거더의 최대 정모멘트 부모멘트 발생단면, 그리고 최대전단력의 작용단면에서 각각의 요소 파괴 확률을 설계변수의 응답면에서 검토하였다. 응답면 기법(RSM)은 복잡한 다자유도 구조물에서 MCS를 사용하여 얻을 수 없는 상대적으로 매우 작은 파괴 확률값을 얻기 위해 사용이 가능할 뿐만 아니라, FOSM으로 쉽게 얻을 수 없는 한계상태방정식의 미분형태에도 성공적으로 적용이 가능하다. 케이블과 보강형으로 구성된 병렬저항구조를 시스템 해석을 위해 각각 직렬구조로 연결하여 전체구조물의 체계신뢰성을 평가하고, 제안된 붕괴모드조합 예측값과 비교분석하였다. 제안된 붕괴모드의 조합에 의한 파괴확률검토는 조건부 파괴에 대한 동일한 발생확률을 구하며, 순열방법보다 개선된 시간비용과 효율성을 제공하며, 상하한계파괴확률을 구하는 체계 신뢰성해석에서 검토되지 않는 요소파괴의 조협에 의한 시스템의 위험성 검토를 제공한다. Probabilistic Risk Assessment considering statistically random variables is performed for the preliminary design of a Cable Stayed Bridge, which is Prestressed Concrete Bridge consisted of cable and plate girders, based on the method of Working Stress Design and Strength Design. Component reliabilities of cables and girders have been evaluated using the response surface of the design variables at the selected critical sections based on the maximum shear, positive and negative moment locations. Response Surface Method (RSM) is successfully applied for reliability analyses for this relatively small probability of failure of the complex structure, which is hard to obtain through Monte-Carlo Simulations. or through First Order Second Moment Method that can not easily calculate the derivative terms of implicit limit state functions. For the analysis of system reliability, parallel resistance system consisting of cables and plate girder is changed into series connection system and the result of system reliability of total structure is presented. As a system reliability, the upper and lower probabilities of failure for the structural system have been evaluated and compared with the suggested prediction method for the combination of failure modes. The suggested prediction method for the combination of failure modes reveals the unexpected combinations of element failures in significantly reduced time and efforts compared with the previous permutation method or system reliability analysis method, which calculates upper and lower bound failure probabilities.