피로파괴실험jo

소개글

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목차

1. 실험목적

2. 피로파괴 이론
1) 피로파괴
2) 피로파괴의 특징
① 피로파괴는 종종 여러 점에서 시작된다.
②아무리 많은 반복하중이 가해져도 피로현상이 생기지 않는다.
③ 점진적 발생부와 급격 파괴부를 뚜렷히 구분할 수 있다.
3) S-N 곡선과 피로한
4) 평균응력이 0이 아닌 경우에 S ㅡ N곡선 그리는 방법
5) 피로 시험의 종류
① 반복 인장 압축 시험
② 반복 굽힙 시험
③ 반복 비틀림 시험
④ 복합 응력 피로시험
6) 피로시험에서 시험결과에 영향을 미치는 인자
① 시편의 형상
② 시편의 표면 가공도
③ 응력집중의 영향 (노치의 영향)
④ 열처리 및 표면경화의 영향
⑤ 시편 지름 및 표면상태의 영향
⑥ 시험중단의 영향
⑦ 진동수의 영향
⑧ 시편채취방향의 영향
7) 피로의 구조적 양상
① 균열발생(crack initiation)
② 슬립띠 균열성정(slip-bank crack growth)
③ 인장응력이 큰 면
④ 최종 연성 파단(ultimate ductile failure)
8) 피로의 대책>
① 응력집중 부위(stress concentrators)를 피해야 한다.
② 거친 표면(rough surfaces)을 없앤다.
③ 부식과 환경에 의한 공격(corrosion and environmental attack)을 피해야 한다.
④ 잔류 인장응력(residual tensile stress)를 없애야 한다.
⑤ 표면강도를 높인다.
⑥ 피로균열이 발생하기 전에 재질의 변화를 검지하여 피로파괴 사고를 방지한다.

3. 실험장치

4. 시험방법

5. 실험결과

6. 고찰

7. 참고문헌

본문내용

균열자리(crack initiation sires)가 형성되기 때문이다.
④ 잔류 인장응력(residual tensile stress)를 없애야 한다.
표면에 인장 잔류응력이 존재하면 잔류응력이 없을 때보다 더 낮은 응력에서 피로손상 이 발생한다. 따라서 표면을 쇼트 피닝(shot peening)해서 잔류 압축응력을 형성시켜 주면, 보다 높은 반복 인장응력에서도 견딜 수 있다. 그 결과 피로강도와 피로수명이 증가한다.
⑤ 표면강도를 높인다.
표면을 강화시키면 피로 저항성을 향상시킬 수 있다. 표면 강화의 방법으로는 침탄, 질 화 및 코팅 등이 적용될 수 있다.
⑥ 피로균열이 발생하기 전에 재질의 변화를 검지하여 피로파괴 사고를 방지한다.
3. 실험장치
▲ 우리가 사용한 피로시험기와 시편
4. 시험방법
① 시편을 준비한다.
② 시험하기 전 본체의 수평을 확인한 후, 시험기의 주 전원을 켠다.
③ 시편을 끼운다.
④ 데이터를 집어넣는다.
응력비 R = 0.1 로 일정하게 하고, 각 조별마다 최대응력 을 정해서 일정한 응력 비가 얻어지도록 최소응력 을 구하고, 평균응력 , 응력진폭 도 각각 구해서 데이터를 집어넣는다.
⑤ 시편이 끊어질 때까지 기다린다.
⑥ 각 조별로 실험한 값을 공유하고 평균값을 내어 그래프를 그린다.
⑦ 실험결과를 고찰한다.
5. 실험결과
응력
반복횟수
280kg
250kg
220kg
180kg
130kg
90kg
50kg
평균
17,118
21,412
76,145
97,095
245,217
1,070,736
10,000,000
▲ [표 1] 280kg, 250kg는 소수 첫째자리에서 반올림 했음
▲ [그래프 1] S-N 곡선
6. 고찰
이번 실험은 똑같은 재료를 가지고 응력비를 같게 하고, 최대하중을 다르게 해서 각 조별로 실험을 했다. 위의 결과를 보면 알 수 있듯이 큰 하중이 걸릴수록 반복응력의 횟수가 작아지는 것을 알 수 있다. 어떤 재료든 큰 응력을 받게 되면 그 힘들 견디지 못해 작은 응력을 받게 될 경우보다 빨리 손상을 입는다는 것은 누구나 아는 사실이다. 여기서 응력에 따라 반복횟수가 어떻게 달라지고 이로 인해 수명에 어떤 영향이 있는지 알 수 있었다. 수명은 응력비 R에 따라서 달라진다. 응력비 R은 가 된다. 예를 들어보면 이렇다.
위의 두 응력비 ① R = 0.1과 ② R = 0.3으로 각각 다르게 한 후에 최대응력 = 100 으로 똑같이 해주면 응력비를 맞춰주기 위해서 ①은 최소응력 = 10 이 걸리게 되고, ②은 최소응력 = 30 이 걸리게 된다. 이로 인해 ①의 평균응력 = 55 가 되고, 응력진폭 = 45 가 된다. ②은 평균응력 = 65 가 되고, 응력진폭 = 35 가 된다. 피로수명은 응력진폭()과 평균응력() 에 의존한다는 사실은 알고 있다. 앞에서 ②의 응력진폭이 ①의 응력진폭보다 작기 때문에 수명이 더 길어진다. 정리하면 응력비 R이 크면 응력진폭 은 작아지게 되고 이로 인해 피로수명은 증가하는 하는 것이다. 여기서 역으로 생각하면 평균응력 이 증가( 평균응력 : ① (55) < ② (65) )하면 R은 양의 방향 ( R : ① (0.1) < ② (0.3) )으로 커지고 이로 인해 피로한이 증가한다는 것도 알 수 있다.
응력비 R이 증가하면 응력진폭은 감소한다.
진폭이 작을수록 수명은 길다.
응력비 R이 커지면 수명이 길다
∴ 응력비 R 커지면 응력 진폭은 감소하고 수명은 길어진다.
또 피로수명을 길게 할 수 있는 방법에는 앞서 설명한 <피로의 대책>을 통해서 할 수 있다. 응력이 집중되는 곳을 피하고, 거친 표면도 피로균열의 생성이 촉진되기 때문에 표면을 연마하여 매끄럽게 해준다. 그리고 표면에 인장 잔류응력이 존재하면 잔류응력이 없을 때보다 더 낮은 응력에서 피로손상이 발생하므로 쇼트피닝(shot peening)해서 잔류 압축응력을 형성시켜주면, 보다 높은 반복 인장응력에서도 견딜 수 있게 되고, 그 결과 피로강도와 피로수명이 증가한다. 마지막으로 침탄, 질화 및 코팅으로 표면강도를 높여줘도 피로 저항성을 향상시킬 수 있다.
7. 참고문헌
금속손상진단 - 공저 미텍 엔지니어링 강릉대학교 금속공학과 한국기계연구원- 출판사 진영사- 2002년 1월 15일 발행
재료시험법- 오길환 채두병 김학윤 연윤모 송 건 장군오 공저- 첨단과학기술도서출판 기전연구사- 1996년 3월 5일 발행
재료기초실습- 김학윤 송 건 공저- 첨단과학기술도서출판 기전연구사 - 2002년 3월 15일 발행

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