S-N 곡선을 기반으로 한 피로 분석: 기본 문제 해결

재료의 피로 특성은 일반적으로 S-N 곡선이라고 하는 일축 응력 주기를 통해 표현됩니다. 여기서 중요한 점은 파단 역학에 기반한 피로 이론은 고려되지 않는다는 점입니다.

시간에 따른 스트레스 변화는 사인파, 구형파 또는 펄스와 같은 규칙적인 패턴을 따르는 경우가 많습니다. 그러나 평균 스트레스가 피로 성능에 미치는 영향(즉, r=S의 영향)은 무시되는 경우가 많습니다._분/S_최대 ≠ -1).

실제로 응력 상태는 일반적으로 불규칙한 응력 변화와 r≠-1을 갖는 다축 상태입니다. 실험실에서 측정한 실제 응력과 피로 성능 간의 대응은 규칙적인 응력 변화, 일축 응력 및 r=1을 포함하며 피로 분석의 기초를 형성합니다.

1. 평균 스트레스 영향 치료

서로 다른 r 값에 사용할 수 있는 S-N 곡선이 있는 경우, 일반적으로 보간 방법을 사용하여 알 수 없는 r 값에 대한 S-N 곡선을 결정합니다.

r=-1의 S-N 곡선만 사용할 수 있는 경우 다음 공식을 사용하여 등가 응력을 계산할 수 있습니다. 이 공식은 r≠-1의 일축 응력을 r=-1일 때의 일축 응력으로 변환하는 공식으로, 이를 등가 응력이라고 합니다:

Where, S_a 는 절반 응력 진폭, S_e 는 원하는 등가 응력, S_m 는 평균 스트레스이며, 다른 값의 S_u 와 n은 서로 다른 이론을 구성합니다:

• 소더버그 항복 응력(sy) 1
• 굿맨 궁극 인장 응력(수) 1
• 거버 궁극 인장 응력(SU) 2
• 모로우 실제 골절 응력(sf) 1

2. 다축 응력을 단축 응력으로 변환 2.

다음 응력 옵션을 사용하여 변환에 사용되는 응력 유형을 결정할 수 있습니다: 폰 미제스 등가 응력, 최대 전단 응력, 최대 주 응력 또는 특정 응력 성분(예: Sx, Syz 등).

때로는 부호가 있는 미제스 응력도 사용되지만 그 크기는 변하지 않습니다. 이 부호는 최대 주 응력의 부호에 해당합니다. 이 방법의 한 가지 장점은 평균 응력 또는 r에 반영되는 장력 또는 압축 효과를 고려할 수 있다는 것입니다.

유사하게 힘 이론폰 미제스 등가 응력 및 최대 전단 응력 변환은 연성이 높은 재료에 적합하며, 최대 주 응력 변환은 취성 재료에 적합합니다.

3. 불규칙한 스트레스 치료

불규칙한 고저의 등가 일축 응력 시간 곡선을 분석하여 일련의 간단한 응력 주기(S_a, S_m) 및 해당 시간.

경로 종속 방법과 경로 독립 방법 등 다양한 방법을 사용하여 계산 및 통계를 수행할 수 있습니다.

가장 널리 사용되는 강우량 계수 방법인 경로 상관 방법을 적용하여 계수 과정을 완료합니다. 그 알고리즘과 원리는 "Downing, S., Society, D. (1982) 단순화된 강우량 계수 알고리즘에 설명되어 있습니다. Int J 피로, 4, 31 - 40".

빗물 흐름 처리 후, 불규칙한 응력 시간 곡선은 일련의 단순한 사이클(S_a, S_m및 n_i여기서 ni는 사이클 수입니다).

이 방법을 사용하면 피해 누적 이론(마이너 기준)을 적용하여 계산 및 분석할 수 있습니다: 합계 (n_i/N_i), 여기서 Ni는 스트레스 사이클에 해당하는 수명(S_a, S_m위 참조).

이 기술은 일반적으로 특정 사이클 횟수 이후의 안전 계수 또는 특정 복합 스트레스 사이클의 해당 수명을 측정하는 데 사용됩니다.

현재 상용 피로 분석 소프트웨어는 대부분 앞서 언급한 프로세스를 기반으로 합니다.

그러나 피로 분석은 경험적 분석이며, 현재 성숙하고 완전한 이론은 존재하지 않는다는 점에 유의해야 합니다.

다축 스트레스를 단축 스트레스로 변환하는 것과 관련하여 다양한 관점이 존재합니다.

예를 들어 폰 미제스 응력은 형상 변화의 비에너지 개념에 기반한 응력 차원 수량입니다.

양수와 음수 또는 장력과 압축의 개념을 사용하는 것은 부정확한 방법이며 권장하지 않습니다.

채택할 응력 유형 선택은 재료 또는 구조물에 균열이 발생할 수 있는 경향에 따라 어떤 종류의 응력이 주요 제어 요인이 되는지 결정합니다. 피로 실패.

엔지니어링 사례에 따르면 가소성이 좋은 강철은 다음과 같은 경우 주 응력의 반복적인 동적 하중으로 인해 종종 손상되는 것으로 나타났습니다. 피로 실패.

평균 스트레스 효과 치료에 대한 보충제:

"서로 다른 R 값 아래에 S-N 곡선이 있는 경우 일반적으로 보간 방법을 사용하여 알 수 없는 R 값 아래에서 S-N 곡선을 결정합니다."

이 방법은 확인해야 할 스트레스가 여러 개일 때 유용한 한 가지 방법일 뿐입니다. 그러나 이 방법은 하나의 스트레스 수명만 확인할 때는 번거로울 수 있습니다.

또 다른 방법은 R = -1 조건에서 등가 응력 절반 진폭을 결정한 다음 S-N 곡선을 직접 적용하는 것입니다.

평균 응력이 있는 경우 S-N 곡선을 직접 사용할 수 없습니다. 대신 굿맨 곡선 또는 수정된 굿맨 곡선을 사용합니다.