반복 하중에 의한 강재의 피로
피로에 관한 주요 사실
- 피로에 관한 최초의 논문은 1837년에 발표되었습니다
- 피로는 비가역적 손상을 유발하며, 재료는 회복될 수 없습니다
- 강재에는 이론적인 피로 한계가 존재하며, 이 한계 이하의 지속적인 하중은 피로 파괴로 이어지지 않습니다
- 인장 응력이 주로 피로를 유발하지만, 압축 하중도 원인이 될 수 있습니다
- 더 넓은 응력 범위는 구조의 수명을 단축시킵니다
- 온도, 표면 거칠기, 잔류 응력 및 기타 요인들이 피로 수명에 영향을 미칩니다
피로 단계
일반적으로 세 가지 단계로 구분됩니다:
- 1단계 – 균열 발생
모서리와 같은 응력 집중 기하학적 형상 주변에서 미세 균열이 형성되기 시작합니다. 파열의 폭이 10 μm를 초과하면 균열이라고 할 수 있습니다.
- 2단계 – 균열 성장
균열 성장은 반복 하중의 범위, 평균 응력뿐만 아니라 과하중 및 저하중에도 의존합니다. 하중이 특정 임계값보다 작으면 균열 성장이 멈출 수도 있습니다.
- 3단계 – 균열 전파
균열 전파는 미세 균열과 관련 응력이 일정 크기에 도달할 때 발생합니다. 응력이 파괴 인성(균열이 존재할 때 재료의 취성 파괴에 대한 저항성을 정량적으로 표현하는 값)이라 불리는 값을 초과하면, 지속 불가능한 파괴가 발생합니다.
피로 방지 방법
적절한 엔지니어링 고려를 통해 피로를 줄이거나 완전히 방지할 수 있습니다. 강구조물의 경우, 피로 파괴를 방지하는 두 가지 주요 방법이 있습니다.
1. 응력을 피로 한계 임계값 이하로 유지 (무한 수명 개념)
피로 수명 Nf는 파괴가 발생하기 전까지 구조가 견디는 특정 특성의 응력 사이클 수입니다. 강재의 경우, 재료가 어떤 사이클 수에서도 파괴되지 않는 응력 진폭의 이론적 값이 존재합니다. 이 값을 피로 한계 또는 내구 한계라고 합니다.
AndrewDressel at English Wikipedia, CC BY-SA 3.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=6319461
2. 소프트웨어 피로 해석을 통한 구조 설계 검토
소프트웨어 해석을 통해 피로가 문제가 되는 영역을 파악할 수 있습니다. 예를 들어, 구조의 바람직한 위치에 응력을 집중시키거나, 구멍의 치수 및 위치를 변경하는 등 구조를 재설계하는 데 도움이 될 수 있습니다.
당사의 솔루션
이 광범위한 작업의 첫 번째 단계는 IDEA StatiCa V21에서 완료되었습니다. EN 1993-1-9에 따른 해석이 설명된 이 문서를 확인하십시오.
해석은 상단 리본 아래의 다른 유형들 옆에서 찾을 수 있습니다.
피로 해석 유형은 두 하중 케이스 사이의 수직 및 전단력 응력 범위를 결정하는 데 사용됩니다. 응력은 공칭 응력에 해당하며 규정 설계 방법을 사용하여 추가로 평가해야 합니다. 항복이 예상되지 않는 고사이클 피로 상세의 설계에 사용하도록 가정됩니다.
피로 해석 유형은 상세가 견딜 수 있는 최종 저항력이나 사이클 수를 제공하지 않습니다. 규정에 따른 추가 계산을 위한 입력값만을 제공합니다.
공칭 응력은 다음에 대해 계산될 수 있습니다:
- 볼트 – 인장 및 전단력
- 용접부 – 용접부 옆 플레이트 단면에서 자동 생성
- 플레이트 – 사용자 정의 단면에서
공칭 응력은 기준 하중 케이스의 응력을 다른 하중 케이스에서 빼는 방식으로 결정됩니다.
이 해석 유형에 대해 자세히 알아보려면 지원 센터를 방문하십시오:
이 해석 유형은 Enhanced 에디션 사용자에게 제공됩니다.
