피로도(fatigue)란? 재료 특성(Material Properties), 환경 로드(Loading), 기하학(Geometry)구조에 따른 피로도 계산 방법

피로도(fatigue)란?

 

피로도는 수명주기(life cycle), 내구성(durability) 요건을 충족하는 제품을 개발하기 위해 반드시 인지하고 이해해야 하는 구조적 고장 모드이다. 경량화 시대에 피로도는 개발자가 내구성에 영향을 미치지 않으면서 엄격한 중량 제한을 충족시키기 위해 고려되어야 하는 설계 요건이다. 

반복적으로 다양한 응력(Stress)이 재료에 가해져서 어느 부분을 약하게 만드는 것을 피로도(fatigue)라고 한다. 

Fatigue 크랙은 주기적인 하중(Loading)에 의해 발생한다. 

 

재료의 2가지 Failure 형태

1. 정적(Static) 실패 모드 

한번에 재료가 가진 인장 강도(tensile strength) 이상으로 응력을 가할때

 

2. Fatigue 실패 모드

응력에 크기가 작을지라도 지속적으로 주기를 가진 응력이 가해지면 재료는 피로를 느끼고 특정 순간에 실패(failure)가 발생

 

---

 

 

크랙 시작 (Crack Initiation)

크랙 시작

Fatigue 는 크랙 발생, 크랙 크기 증가 두 단계로 진행된다. 크랙 발생은 미시적 결함(microscopic defect)에서 시작한다. 재료를 자세히 보면 위 그림처럼 카드를 쌓은 형태이다. 그리고 주기적인 응력(stress)가 가해지면 전단면(shear plane)에서 밀리는 현상이 발생하고 크랙을 만들어 낸다.

 

크랙 성장(Crack Growth)

크랙은 주기적인 응력이 재료에 퍼지지 않고 크랙의 끝(tip) 부분에 집중되게 만든다. 그리고 인장 응력이 가해지는 면을 따라서 크랙이 성장하게 된다. 

 

 

---

 

3가지 Fatigue 해석 방법

 

 

1. Stress-Life (SN)

 - 응력(stress)에 의한 크랙 발생

 - high cycle fatigue 적용에 유리

 

2. Strain-Life (EN)

 - 변형(Strain)에 의한 크랙 발생

 - 탄성이 적은 가소성(plasticity) 물질이나 low cycle fatigue 적용에 유리

 

3. Crack Growth (크랙 성장)

 - SN, EN에 의한 크랙 발생 후 진행

 

 

 

 

 

자료 출처 >>

www.ncode.com/

제품 공급 업체 >>

www.famtech.co.kr/main/main.php