피로 수명 곡선 획득을 위한 Krouse 형 굽힘 피로 시험기 연구

조민구(Min Goo Cho),백인석(In Seok Baek),배진기(Jin Gye Bae),이석순(Seok Soon Lee) 대한기계학회 2021 大韓機械學會論文集A Vol.45 No.1

기존의 피로 시험기의 경우 대부분 장비가 고가의 가격이 형성되어 있다. 또한 피로 수명을 획득하기 위해 시험 전문 업체에 의뢰하여도 상당한 시간과 비용이 발생하며 일반 연구소 및 대학에서는 시험 장비를 구축하기 힘들다는 단점이 있다. 본 논문에서는 변위 조절을 통해 하중 조절이 가능한 간단한 구조의 Krouse 형 소형 굽힘 피로 시험기를 구상 및 제작하였다. 피로 시험을 위해 PCM과 STS430 재질의 시험편을 제작 및 인장 시험을 진행하고 피로 시험을 통해 피로 수명을 획득하였다. 외팔보의 최대 굽힘 응력 계산식과 유한요소 해석, S-N 곡선을 평가하는데 사용되는 수식을 이용해 비교분석하고 해당 피로 시험기의 신뢰성을 검토하였다. Equipment of conventional fatigue test machines are typically expensive. A testing professional is required for obtaining the fatigue life curve of testing machines and this process is time-consuming and expensive. Moreover, it is difficult to build test equipment in general laboratories and universities. Therefore, in this study, Krouse type small bending fatigue tester with simple structure, in which the load can be adjusted by adjusting the displacement, has been proposed and developed. For fatigue test, PCM and STS430 test pieces were developed and tensile test was conducted; a fatigue life curve was obtained through fatigue test. Comparative analysis was made using the formula used to evaluate the maximum bending stress of a single arm beam, finite element analysis, and S-N Curve, and the reliability of the corresponding fatigue tester was reviewed.

지불계수를 이용한 시험포장구간의 품질평가와 피로수명 분석

이재학,이석근,김성민,황상민 한국도로학회 2009 한국도로학회논문집 Vol.11 No.4

본 연구는 지불계수를 이용하여 시험포장 구간의 품질을 평가하고 이에 따른 피로수명의 변화를 분석하기 위해 실시되었다. 특히 품질관리가 어려운 아스팔트 함량을 지불규정 기준인자로 선정하여 지불계수를 산출하였다. 먼저 아스팔트 함량이 피로수명에 미치는 영향을 확인하기 위하여 아스팔트 함량에 따른 피로수명의 연관성을 분석하였다. 이 후 총 2회에 걸쳐 시험포장 구간에서 시료를 채취하여 지불계수를 산출하여 시험포장 구간의 품질을 평가하였으며 지불계수에 따라 시험포장 구간의 품질에 차이가 있음을 확인할 수 있었다. 시험포장 구간에 포설된 아스팔트 혼합물을 이용하여 시편을 제작, 피로수명을 분석하였다. 그 결과 지불계수가 높은 시험포장의 피로수명이 월등히 높음을 확인할 수 있었다. 이는 통계이론을 이용한 지불계수가 실제 포장의 피로수명을 반영한다는 것을 의미한다고 사료된다. 또한 시험포장 구간에 아스팔트 혼합물을 납품한 플랜트의 배합보고서와 동일한 시편을 제작하여 휨 피로 시험을 실시하여 1,2 회 차 시험포장의 피로수명들을 비교하였다. 그 결과 배합보고서를 기초로 제작한 시편의 피로수명이 시험포장 구간의 피로수명에 비해 월등히 높음을 알 수 있었다. 이는 입도나 기타 요인에 따른 공용성 감소현상이 발생 할 수 있음을 나타내는 것이라 사료된다. 따라서 지불규정을 적용중인 미국과 같이 입도, 공극률 등을 지불규정 기준인자로 선정하여 최종적인 지불계수를 산출하는 것이 보다 정확히 도로포장의 품질을 평가할 수 있을 것이다. This research is performed to estimate quality of trial pavement for construction and analyze effect of fatigue life by using the pay factor. Specially, asphalt content which is difficult to control the pavement quality, is selected by pay adjustment standard factors and pay factor is calculated by asphalt content. This research is also analyzed to present relation of fatigue life according to asphalt content, to evaluate quality of the road pavement by calculating pay factor of sampling trial field mixture 2 times. This research confirms that it is different quality of road pavement according to pay factor changes. To analyze the fatigue life of pavement by using asphalt mixture for trial field. As a result, it is conformed that high pay factor could be high fatigue life of trial field. This means that pay factor using probability theory reflects road pavement fatigue life. Also, this study is included that beam fatigue test manufacturing specimen such as mixing type of plant which purvey asphalt mixture to trial field, compared with fatigue life of trial field. As a result, the fatigue life of specimen that is manufactured by mix type is higher than trial field specimen. This means that performance of road pavement can be reduced by gradation or other effects. Therefore, to exactly evaluate the quality of road pavement, pay factor should be calculated appling various pay adjustment standard factors such as gradation, air-void in U.S. states which is adopted pay adjustment.

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.

착륙장치 피로 시험평가

이상욱(Sang-Wook Lee),이승규(Seung-Gyu Lee),신정우(Jeong-Woo Shin),김태욱(Tae-Uk Kim),김성찬(Sung-Chan Kim),황인희(In-Hee Hwang),이제동(Jedong Lee) 대한기계학회 2012 大韓機械學會論文集A Vol.36 No.10

항공기 착륙장치의 피로설계에는 안전수명 방법이 적용된다. 즉, 균열이나 유해한 변형과 같은 구조적 결함이 항공기 운용수명 기간을 모사하는 피로 하중 스펙트럼 조건에서 발생하지 않아야 한다. 일반적으로 항공기 착륙장치는 고주기 피로 환경에 노출되므로, 설계 단계에서 착륙장치의 피로 수명은 응력 기반의 해석을 통해 예측한다. 이를 위해 재료의 분산(Scatter) 및 표면처리 특성 등을 고려한 설계 S-N 선도를 구성하여 해석에 사용한다. 시험평가 단계에서는 실물 착륙장치에 대한 피로시험을 통해 피로설계 요구조건 충족 여부를 최종 검증한다. 본 논문에서는 항공기 착륙장치의 피로수명 해석 및 시험절차를 실제 적용 사례를 통해 제시하였다. For the fatigue design of aircraft landing gear, the safe-life approach is applied. Structural defects such as cracks or detrimental deformations should not occur under the fatigue load spectrum depicting the entire lifetime usage of the aircraft. In the design phase, the fatigue life of the landing gear is estimated analytically by adopting the stress-based approach because the fatigue of aircraft landing gear is generally high-cycle fatigue. This utilizes S-N curves that are factored to produce design curves that account for the scatter and surface finish of the material. In the test and evaluation phases, a fatigue test should be conducted for full-scale landing gear to substantiate the fatigue design requirement in the end. In this study, the procedure for the fatigue test and evaluation of aircraft landing gear is presented with real application cases.

마이크로시험편용 피로시험기 개발

김정엽(Chung Youb Kim),W.N. Sharpe 대한기계학회 2010 大韓機械學會論文集A Vol.34 No.9

본 연구에서는 마이크로 시험편에 대하여 하중제어 인장-인장의 피로시험이 가능한 피로시험기를 개발하였다. 전자기식 액추에이터를 이용하였으며, 이 시험기를 이용하여 인장시험 뿐만 아니라 넓은 주파수 영역에서의 피로시험이 가능하다. 또한 피로시험중에도 고해상도로 마이크로 시험편의 되풀이 변형률을 측정할 수 있는 간섭변위계를 사용하였다. 피로시험기와 변위계는 안정적이고 그 응답속도도 매우 빨라서, 피로시험중에도 연속적으로 변위를 측정할 수 있다. In this study, a fatigue testing system capable of performing load-controlled tension-tension tests for microspecimens was developed by using an electro-magnetic actuator. Using this system, fatigue testing as well as tensile testing can be performed over a wide range of loading frequencies. Further, a new laser interferometric strain/displacement gage was used during fatigue testing to obtain high-resolution measurements of the cyclic deformation of thin films. Since the testing machine and the displacement gage are stable and show quick responses, the displacement can be measured instantaneously and continuously during fatigue testing, and high-resolution results can be obtained.

헬리콥터 꼬리 블레이드의 피로수명 평가를 위한 피로시험

송근웅,기영중,장준환,정재권 한국항공우주학회 2011 한국항공우주학회 학술발표회 논문집 Vol.2011 No.11

헬리콥터 로터 시스템은 헬리콥터의 성능 및 안정성을 좌우하는 핵심구성품이다. 신규 개발된 로터시스템은 반드시 피로수명 평가가 수행되어 설계 수명이 입증되어야 한다. 최근 헬리콥터 로터 블레이드는 복합재료로 만들어지며, 제작된 복합재료 블레이드는 손상 허용 또는 내결함 개념을 적용하여 피로 수명을 평가 한다. 헬리콥터 주블레이드와 꼬리블레이드의 시험 개념은 유사하지만, 하중 부가 개념은 다르다. 본 논문에서는 헬리콥터 꼬리 로터 블레이드의 피로수명 평가를 위해 내결함 개념을 이용하여 피로시험을 수행하는 방법, 하중 부가 개념 및 피로시험 결과에 대해 기술하였다. Helicopter rotor systems are the key components for performance and stability of the rotorcraft. A new rotor system must be performed to evaluate the fatigue life for substantiation of design fatigue life. In recent years, the helicopter rotor blades are made of composite materials. Manufactured composite blades is evaluated fatigue life by applying the concepts of damage tolerance or flaw tolerance. The test concepts of fatigue test for fatigue life evaluation of main blade and tail blade are the same, but loading concepts are different. This paper presents the fatigue test applying flaw tolerance methodology, loading concept and test result of tail rotor blade for fatigue life evaluation.

초음파피로시험법을 이용한 티타튬 합금의 브레이징 접합강도 평가

안종기(Jongkee Ahn),이동엽(Dongyeop Lee),김태형(Taehyung Kim),신동익(Dongick Shin),조인식(Insik Cho),김동훈(Donghoon Kim) 한국추진공학회 2015 한국추진공학회 학술대회논문집 Vol.2015 No.5

쉬라우드 임펠러(Shroud impeller) 제작시, 커버와 블레이드 접합을 위해 브레이징(Brazing) 공법을 활용중으로 브레이징공법은 450°C 이상에서 접합하고자 하는 모재(Base Metal)의 용융점(Melting Point) 이하에서 모재는 상하지 않고 용가재(Filler Metal)를 사용하여 열을 가하여 두 모재를 접합하는 기술을 의미한다. 일펠러로 사용되는 고온구조재료 티타늄합금에 대해 용가재는 TiCuNi 합금을 사용하였으며, 초고주기 환경에서의 피로강도를 검증하기 위해 최근 유럽과 일본을 중심으로 활발하게 연구되어지고 있는 20KHz 초음파 피로시험법을 활용하여 브레이징과 모재와의 접합피로강도 평가를 새롭게 적용하고자 하였다. 따라서 브레이징 접합 초음파피로강도시험을 위해서는 우선적으로 수십㎛의 접합층이 시험편 정중앙에 위치할 수 있도록 설계하여야 한다. 이는 초음파피로시험편은 Hourglass타입으로 최대응력진폭이 시편 정중앙에 집중되기 때문이며, 이에 맞추어 동탄성계수측정을 통한 공진시험편 설계와 정밀 가공이 이루어져야 한다. 따라서 본 논문에서는 모재부와 브레이징 접합 피로강도를 비교 평가 하고자 하였으며, 그에 따른 브레이징 공법의 신뢰성 분석 및 피로파괴 거동을 분석하고자 하였다. Shroud impeller during production, cover and into the brazing process utilizing the brazing process for bonding blade below 450℃ melting point of base metal to be joined at the base to bond two or more base by applying heat using a filler metal. Filler metal for high temperature structural materials of titanium alloy is used as a filler made of TiCuNi alloy. In order to verify the fatigue strength of the ultra-high frequency environment recently been actively studied mainly in Europe and Japan, by utilizing 20kHz ultrasonic fatigue test was to apply a new law being fatigue strength of the brazed joint and the base metal. Thus, for the brazing joint strength of the ultrasonic fatigue test should be designed to position the specimen in the center of the bonding layer. This is because the maximum stress amplitude in ultrasonic fatigue testing is in the center of the hourglass type specimen, where the dynamic elastic modulus is determined according to the resonant design and precision-machined specimens. Therefore, in this paper, the fatigue strength of base metal brazed joint was evaluated and compared. There liability analysis and fatigue fracture behavior of the brazing were analyzed accordingly.

굽힘 하중하의 고장력강 용접 연결부의 피로 평가

이명우(Myeong-Woo Lee),김윤재(Yun-Jae Kim),박준협(Jun-Hyub Park) 대한기계학회 2014 大韓機械學會論文集A Vol.38 No.10

본 연구에서는 자동차 서스펜션 구조에 일반적으로 사용되는 용접부 형상에 대하여 굽힘 하중에 의한 피로수명을 예측할 수 있는 절차를 개발하였다. 이종 재료로 이루어진 실제 제품 용접 연결부의 피로수명 예측을 위해, 복잡한 형상의 제품을 단순화한 용접 시편을 설계하고 이에 대한 굽힘 피로 시험을 진행한 후 모멘트-피로수명(M-N) 선도를 제시하였다. 응력 집중에 의한 영향을 분석하기 위해 시편의 형상을 모델링 한 후 정적 하중에 대한 유한요소해석을 수행하여 균열 발생부의 응력을 구하고 응력-피로수명(S-N) 선도를 제시하였다. 유한요소해석을 통해 구한 응력과 이론 계산을 통해 구해준 응력을 이용하여 응력집중계수를 계산하였고, 응력집중부의 피로평가 방법 개선을 위해 보편적으로 사용되는 피로노치계수 평가법과 굽힘 피로 시험 결과를 비교 검토하였다. 그 결과, 이종 재질 용접 연결부의 정확한 피로 수명평가를 위해서는 기하형상을 고려한 피로노치계수 평가 분석뿐만 아니라 두 소재의 맞대기 용접 시편에 대한 피로 시험을 수행해 주어야 할 것으로 판단된다. In this study, a fatigue assessment method for vehicle suspension systems having welded geometries was established under a bending loading condition. For the fatigue life estimation of the actual product"s welded joints made of different steels, bending fatigue tests were performed on welded specimens with a simplified shape for obtaining the moment?fatigue-life plot. Further, geometry modeling of the simplified welded specimens was conducted. Results of finite element analysis were used to obtain the stress?fatigue-life plot. The analysis results were also used to calculate the stress concentration factors for notch-factor-based fatigue life estimation. The test results were compared with results of the general notch-factor-based fatigue life estimation for improving fatigue assessment. As a result, it was concluded that both the welded fatigue tests and the notch-factor-based fatigue life estimation are necessary for accurate fatigue assessment.

초음파 피로시험편 결정법의 연구동향

명노준(No-Jun Myeong),한승욱(Seung-Wook Han),박정훈(Jung-Hoon Park),최낙삼(Nak-Sam Choi) 대한기계학회 2013 大韓機械學會論文集A Vol.37 No.8

본 논문에서는 초고주기피로영역(VHCF)에 대한 가속시험 방법인 초음파 피로시험을 소개하고 이와 관련된 이론을 검토하였다. 초음파피로시험은 20 kHz 영역에서 시험편의 공진을 이용하므로 동탄성계수와 파장을 고려하여 시험편의 길이와 형상을 설계하여야 한다. 공진시험을 통하여 20 kHz 에 맞는 파장을 구하고 시험편의 길이와 동탄성계수를 계산한다. 이렇게 계산된 시험편의 형상과 시험시 형성되는 변위값을 측정하여 응력을 구한다. 초음파 피로시험결과는 기존의 피로시험법에 따른 결과와 비교되어 주파수 및 시험편 형상의 효과가 검증되어야 한다. An accelerated ultrasonic fatigue test(UFT) has been used for analyzing very high cycle fatigue(VHCF, Nf >10?). This study reviews how the test specimen is to be determined. We focus on UFT using a resonance of 20 kHz. The specimen geometry is determined by selecting test materials by using a dynamic Young’s modulus and wavelength of 20 kHz. The dynamic Young’s modulus is calculated at the resonant frequency. Through a resonant vibration test at 20 kHz, the length of the specimen is calculated. By determining the shape of the specimen, the stress during the UFT is calculated. The UFT results should be comparable at the test frequency and the specimen geometry obtained by the conventional fatigue tests.

초음파 가속피로시험 적용 사례 및 연구 동향

조인식(In Sik Cho),신충식(Choong shig Shin),김종엽(Jong Yup Kim),전용호(Yong ho Jeon) 대한기계학회 2012 大韓機械學會論文集A Vol.36 No.6

본 연구에서는 Ti-6Al-4V 합금에 대한 초고주기 피로시험 연구를 통하여 사이클에 따른 파단면 관찰결과 2가지 타입으로 명확히 구분되는 것을 확인할 수 있었다. 첫번째로 106사이클 범위에서 확인할 수 있는 것은 표면부에서 피로크랙 사이트가 시작된 전형적인 피로 파단면이다. 두번째는 107~109사이클에서는 확연히 다른 피로파단 양상으로, 표면으로부터 500 ㎛ 내부에서 피로크랙 사이트가 시작되어 크게 박리되어 나간 형상으로, 크랙 사이트 주변을 관찰한 결과 미세한 마이크로 크랙들이 입계파괴 양상으로 형성되어 있는 것을 확인 할 수 있었다. 이에 내부 크랙 사이트 피로거동에 대한 연구결과와 본 시험에서 사용된 초음파피로시험기술의 이론 및 적용사례를 소개하고 현재 활발히 진행중인 연구동향을 밝히고자 한다. Very high cycle fatigue (VHCF) behavior of aerospace components has emerged much attention due to their long service life. In this study, a piezoelectric ultrasonic fatigue testing (UFT) system has been developed by Mbrosiatec Co., Ltd. to study the high cycle fatigue (HCF) strength of Ti-6Al-4V alloy. Hourglass-shaped specimens have been investigated in the range from 10? to 10? cycles at room temperature under completely reversed R = ?1 loading conditions,. Scanning electron microscopy (SEM) analysis revealed that failures occurred in the entire range up to the gigacycle regime, and the fractures have beenfound to be initiated from the surface, unlike in steels. However, it was found from the SEM microgprahs that microcracks transformed into intergranular fractures. Thus, it can be concluded from according to the results that this test method can be applicable to commercialized automotive and railroad parts that require high cycle fatigue strength.