피로시험기기의 이해

[에스엠웰텍]

피로시험기기의 이해

[재료시험]

피로시험기 종류 및 데이터 분석

그림 1. 회전 굽힘 피로 시험기 (SAMDUK SCIENCE & IND CO)	그림 2. 회전 굽힘 피로 시험기 (FATIGUE DYNAMICS INC)Z
그림 3. 반복 굽힘 피로 시험기 (FATIGUE DYNAMICS INC)	그림 4. 반복 인장 압축 피로 시험기 (INSTRON INC)

가. 피로 시험의 순서(국내 회전 굽힘 피로 시험기의 경우)

° Step 1
  시험에 앞서 본체의 수평을 정확히 맞춘다.
° Step 2
  수평을 맞춘 후 시험편을 고정
° Step 3
  세심한 주의로 시험편을 잘 고정시켜 중심부의 진동을 방지한다.
° Step 4
  하중 없이 작동되기 전에 몇 회간 자동 스톱 장치의 작동상태를 점검한다.
° Step 5
  추는 1kg에서 100kg까지 결합이 된다.
° Step 6
  카운터를 "0"에 조절한 후 작동을 한다.
° Step 7
  먼저 하중(추)을 올려놓지 않고 작동한다.

나. 피로시험 데이터의 분석

그림 3. 일반적인 하중상태

° 교번응력(Alternating Stress)과 관련된 식

- 응력폭(Stress Range) :  
- 응력진폭(Stress Amplitude) :
- 평균응력(Mean Stress) :
- 응력비(Stress Ratio) :
- 진폭비(Amplitude Ratio) :


° 하중상태에 따른 R과 A값

표 1. 하중상태에 다른 R과 A 값

교번하중(Fully Reversed)	R = -1	A = ∞
인장 반복하중(Zero to Max)	R = 0	A = 1
압축 반복하중(Zero to Min)	R = ∞	A = -1

그림 5. 강(Steel)의 S-N 곡선  그림 6. 알루미늄(Aluminium)의 S-N 곡선

° S-N 커브(Stress-Life Curve)에 사용되는 용어의 정의

- 응력진폭(S로 표시 : (Stress Amplitude) :

   시편이 받는 최대응력과 최소응력의 차를 반으로 나눈 값

- 피로수명(N_F : Number of Cycles) :

   시편의 파단 시까지 적용된 하중의 반복횟수

- 피로강도(S_NF : Fatigue Strength) :

   N_F에서 파단이 일어나는 응력 값의 추정 값

- 피로(내구)한도(S_f : Fatigue Limit 또는 Endurance limit) :

   반복횟수가 아무리 많아지더라도 피로파괴를 일으키지 않는 최대응력

° S-N 커브의 해석 방법

- 강(Steel)의 경우

   (그림 5)에는 피로(내구)한도 S_f 를 가지는데 107 사이클을 무한수명으로

   고려함

- 비철합금은 피로한도를 가지고 있지 않고, S-N 선도는 계속적인 경사를

   나타낸다. 이러한 재료에 대한 피로한도 또는 피로강도는 5×10⁸ 사이클

   수명에 상당하는 응력 값으로 함

그림 7. 여러 가지 재료의 S-N 곡선

° 평균응력의 영향(Mean Stress Effects)

- 인장 평균응력(Tensile Mean Stress)은 피로수명에 해로우며, 압축

  평균응력  (Compressive Mean Stress)은 피로수명에 이로운 경향을 보인다.

° 여러 가지 평균 응력식

- Soderberg :
- Modified Goodman :
- Gerber :
- Morrow :

- 재료의 항복기준선 :

   항복응력( )과 주기항복응력( ) 또는 항복응력( )을 연결한 선  
- 재료의 피로기준선 : 각각의 평균 응력식으로 그린 그래프
- 재료의 항복기준 및 피로한도 기준 : 항복기준선과 피로기준선의 교차되는 선

(붉은색)
- Soderberg 방법은 과도한 설계치수 산정으로 거의 사용하지 않음
- 실제 실험 자료는 Goodman 곡선과 Gerber 곡선 사이에 나타나는 경향이

   있음
- 인장강도가 진파괴응력에 접근하는 경도가 높은 강의 경우 :

   Morrow 곡선 과 Goodman 곡선은 같음
- R < 1 (작은 평균응력)인 대부분의 피로설계 상황에서는 이론식 간에 거의

  차이가 없음
- 만약 Sa와 Sm이 붉은색 곡선(그림 9) 아래에 존재한다면, 피로와 항복은

   발생하지 않음.
- R ≒ 1 경우는 항복기준이 설계한계임

그림 8. 평균응력 식들의 그래프 비교  그림 9. 피로와 항복조건 그래프

반복인장압축피로시험기