재료의 강도 및 재질 선정 기준

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재료의 강도 및 재질 선정 기준에 대한 보고서 자료입니다.

본문내용

이 일반적이다.재료 선택에서 cost가 매우 중요한 것이기 때문에 선택 과정의 시작부터 cost에 관하여 고려 한다는 것은 자명 하다 하겠다. conceptual design stage에서부터 고려 되어야 할 재료의 제조 단가를 추정하기 위하여 여러 가지 computer-based methods 의 개발에 많은 노력이 경주 되고 있는 실정이다. 만일 이러한 제조 단가를 구할 수 없다면 설계 과정 중 target cost를 설정한 후 이보다 고가의 것은 배제하는 것이 관례이다. 최종적인 선택은 가격과 성능(성질)간의 trade-off로 결정 되는 것이기 때문에 이 두 요인의 상관관계를 가능한 한 아주 자세히 검토 하여야 한다. 그림 6-8은 자동차를 경량화 하기 위하여 가벼운 재료로 대치하는 경우 그 가격의 변동을 보여주는 것이다.그림의 X축은 재료가 대치 되었을 경우 중량 감소를 나타내고 Y축은 대치되는 경량 재료와 전에 사용하던 재료와의 가격 비를 나타낸다. 대부분의 경량 재료들은 breakeven curve(경량 재료의 가격과 전에 사용하던 재료의 가격이 같은 선; 가벼운 것은 적은 양을 구입하고 무거운 것은 많은 양을 구입하기 때문에 가벼운 것이 단가는 비싸도 전체 가격은 낮아 질 수 있기 때문)위쪽에 위치함을 알 수 있다. 예외적인 것이 mild steel을 대치하는 high-strength steel 의 경우이다. 이 그림은 단순히 재료의 가격만을 고려한 것이고 그 경량 재료를 사용할 경우 제조공정상의 조립 및 가공 등의 이점은 고려하지 않은 것을 알아야 한다.Cost의 또 다른 고려 사항은 몇 가지 다른 재료를 고려 할 경우 단가는 서로 다르다 하여도 수명이 차이가 있을 수 있으니 고가의 것이라도 오래 사용 할 수 있는 것이 더 유리한 경우가 될 수도 있기 때문이다.Value analysis:이 방법은 제품의 성능 또는 신뢰성을 손상 시키지 않으면서 제품을 가장 값싸게 생산 할 수 있는 방법을 찾아내는 조직화된 방법이다. 고로 이 방법은 단순히 재료 선택이라는 면만을 갖고 있는 것이 아니라 실질적으로 problem solving에도 흔히 사용되는 기법이다.재료 선택의 결론적인 설명:재료 선택의 중요한 요점은 그 재료로 제작된 부품 또는 제품이 사용 중 어떠한 이유로 파손 되는지를 알아 본 후 이 조건에서 파손 되지 않을 재료를 선정 하는 것이다.아무리 재료의 특성을 잘 알고 또 요구되는 성능과 사용 조건을 잘 안다고 하여도 재료가 감당 하여야 할 능력에는 어느 정도의 불 확실성이 상상 존재한다. 복잡한 설계와 제조 공정상에서 직면하게 되는 위험 요인들은 ; 1) program schedule, 2) cost, 3) producibility, 4) performance, 5) maintainability, 6) repairability, 그리고 7) survivability 등 이다. 파손이 되면 후유증이 대단히 심한 고성능의 system 의 경우 risk analysis에 근거를 둔 재료 선택이 매우 주요한 사항이 될 수 있다.5. COST VS. PERFORMANCE RELATIONS무엇보다도 가격이 재료 선정의 가장 중요한 기준이 될 수 있기 때문에 초기 material screening 단계에서부터 가격을 재료 선정의 가장 중요한 요인으로 생각하는 것은 너무나도 당연하다. 설계의 성능을 결정하는 것이 재료의 주요 성질에 달려 있고 또 이 우수 성질은 재료의 가격과 밀접한 관계가 있기 때문에 가격이 매우 중요한 것이다. 고로 가격 대비 성능 지수(cost vs. Performance index)가 재료 선택을 최적화 하는데 매우 유용한 parameter 이다. (즉, 좋은 가격과 동시에 우수한 성능이 필요)재료의 가격이 $/lb로 표시 되는 것이 항상 유용한 기준이 아니라는 것을 알 필요가 있다. 재료들이 하중을 견디도록 사용되기도 하나 경우에 따라서는 공간을 채우는데 사용되기도 하기 때문에 $/ft3 가 더 적절한 가격 표시 방법일 수가 있다. 예로서 plastic 의 경우 단위 부피 당 가격으로 표시하는 것이 보통이다. 이러한 것 이외에도 기타의 가격 결정 요령이 있다. 이 중에서 Total life-cycle cost에 관하여 생각하여 보기로 하자. 이 개념은 최초의 재료의 가격에 제작 비용과 설치 비용을 합하고 또 operation 과 maintenance 비용까지 합한 총 가격을 의미한다. 이와 같이 재료만의 가격 이외에 가능한 모든 부수 경비를 고려하는 것의 예가 그림 6-9에 제시 되어 있다. 이 그림은 재료의 항복 강도에 대한 각 요인의 가격 동향을 보여 준다. 즉, 곡선 A의 경우는 가공비의 강도와의 관계를 보여준다. 강도가 높아질수록 얇아도 하중을 견딜 수 있기 때문에 중량이 감소 하거나 또는 부품의 숫자가 감소하여도 같은 하중을 견딜 수 있다는 등 곡선 B처림 강도가 증가 함에 따라 가격이 감소하는 경향을 갖게 되기도 한다. 결국 총액은 곡선 A 와 B 의 합으로 되며 이 경우 최소 가격을 나타내는 최적의 강도 값이 결정 된다.재료의 가격은 그 재료의 무게(부피)와 직접적으로 관련되어 있기 때문에 cost vs. property 관계를 결정한다는 것은 즉 다른 재료를 사용할 경우 같은 정도의 구조상의 특성을 유지하는가의 여부를 확인하는 것과 같다. 이것을 이해하기 위한 예를 들어본다. 여러 가지 재료를 사용하여 같은 강도를 유지하려 할 경우 각각의 재료의 상대 중량을 알아야 하고 같은 정도의 stiffness를 유지하기 위한 상대 중량도 알아야 한다.항복 강도 또는 탄성 계수에 있는 지수(exponent)들은 각기 다른 값을 갖고 있는 것을 볼 수 있는데 이것은 loading의 type이 다르기 때문이며 이들 다른 값의 지수들이 있기 때문에 비록 강도와 탄성 계수가 다른 재료들 일지라도 이 재료들을 한꺼번에 검토할 수 있고 따라서 설계자 재료 선택이 재료의 강도 만을 고려하면서 추진되지 않는다는 것을 알아야 한다. 부식 저항성, 고온 특성, 그리고 가공의 용이성 등의 여러 가지 다른 성질들도 선택의 주요 요인인 것을 알아야 한다.

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