피로강도에 미치는 각종인자의 영향 피로수명 영향 인자

본문내용

변형의 흔적이 보이지 않는다.
1. 강재의 파괴는 극한강도를 초과하는 하중에 의해서 일어날 뿐만 아니라 극한강도 또는 항복강도 이하인 하중의 반복작용에 의해서도 파괴된다.
2. 계속적인 동하중을 받을 경우 정하중 조건에서 받을 수 있는 하중보다 훨씬 더 작은 하중에서예고 없이 파괴되며 이러한 현상을 피로파괴 (Fatigue Fractures)라 한다.
3. 강재의 종류 또는 현상이 일정하면 어느 일정 수준에 대하여 거의 일정한 반복횟수에서 판단하는 것으로 알려져 있다.
4. Wohler가 실시한 피로시험 결과 강구조물의 피로는
ⅰ) 반복횟수(N), ⅱ)응력의 상한()과 하한() 의 응력범위 ()에 크게 영향을 받는 것으로 되어있다.
이를 도식화한 곡선을 S-N 곡선이라 한다.
즉, 응력범위 S가 크면 파괴에 이르는 횟수 N은 작다. 그러나 응력범위 S가 작으면 파괴에 이르는 횟수 N은 커진다.
수십년 이상의 내구년한을 목표로 하여 N을 계산하면 실용적으로는 회 정도로 충분하나 설계에서는 그 2배인 회를 목표로 한다.
대표적인 파괴형식에 대해서 간단히 설명하면 다음과 같다.
1. 연성파괴(ductile fracture)
취성파괴와 대비되는 파괴로서, 파괴가 비교적 균일한큰소성변형을동반하여일어나는형식을말한다. 균열전파(propagation)는 비교적 완만하고 안정적(stable)이다. 여기서 균열 전파가 안정적이라고 하는 것은, 균열 전파의 각 시점에서 평형을 이루고 있어, 하중을 제거하면 균열전파가 멈추고, 다시 균열을 전파시키기 위해서는 하중을 부하 할 필요가 있다는 것을 말한다.
재료에 과대한 응력이 부하 된 과대하중파괴(overload fracture) 라 할 수가 있다. 연성이 있는 금속재료를 인장시험(tensile test) 했을 때 일어나는 파괴형식이 대표적인 경우가 된다.
2. 피로파괴 (fatigue fracture)
부하 방향이 변동하는 하중이 되풀이 될 때, 즉 부하(loading)와 제하(unloading)가 되풀이되는 하중하에서 일어나는 파괴를 피로파괴라 정의해두면 편리하다.
그러나 이 정의는 피로라는 용어에 대해서는 반드시 충분하지는 않다.
피로에 대해 ASTM(American Society for Testing and Materials, 미국시험재료학회)에서 는 다음과 같은 약간 복잡한 내용으로 정의하고 있다.
“재료 내의 한점 또는 여러점에 응력 및 변형률의 변동을 발생시키는 조건하에 있는 재료내에서, 국부적(localized) 영구(permanent) 조직변화(structural change)가 점진적(progressive)으로 일어나는 과정으로, 충분한 변동 회수 후에는 균열이 발생하거나 완전파단에 이르는 현상”
다음과 같이 알기 쉽게 정리해 두면 좋을 것이다.
“[외적(external) 또는 내적(internal)] 되풀이 하중을 받는 재료가, 하중이 되풀이됨에 따라 국부적으로 조직 변화를 일으켜, 최종적으로 균열이 발생하거나 파단에 이르는 과정을 피로라 한다”
3. 취성파괴(脆性破壞, brittle fracture)
파괴에 이르기까지 큰 소성변형을 동반함이 없이, 균열이 발생하여 그 균열이 상당한 속도로 전파(propagate)하여 불안정파괴(unstable fracture)를 일으키는형식. 여기서 불안정파괴라고 하는 것은 파괴가 일단 시작되면 하중을 제거하더라도 파괴가 계속 진행되는 파괴를 말한다.
파괴 중에서는 이론적으로 가장 잘 알려진 형식으로서, 유리의 파괴가 그 대표적인 예가 될 것이다. 금속재료에서는 강과 같은 체심입방격자(BCC)구조를 갖고 있는 금속이 저온에서 이와 같은 형식으로 파괴되는 경우가 있다.

키워드

피로파괴,   피로강도,   피로수명