초록
본 연구에서는 열적-기계적 주기하중을 받고 있는 엔진 배기매니폴드에 대해서 열응력 해석방법과 열피로수명 예측과정을 제시하였다. 즉, 파손현상이 복잡한 배기시스템의 효율적인 유한요소 모델링 방법과 온도 의존성 재료의 시험결과를 이용한 해석 데이터 구성, 그리고 열사이클 하중에 대한 열응력 및 파손 예측방법을 디젤엔진의 배기매니폴드에 대해서 나타내었다. 일반적으로 배기매니폴드의 파손 취약부에서는 고온영역에서 큰 압축소성변형이 발생하고 냉각시에는 인장의 잔류응력이 나타난다. 따라서 이같은 응력과 변형률의 이력곡선으로부터 소성변형의 진폭 또는 소성에너지의 크기를 얻을 수 있으며 이를 통해서 피로수명을 예측할 수 있다.
In this study, we performed structural and fatigue analyses of the engine exhaust manifold that was subjected to thermo-mechanical cyclic loading. The methodologies used in this study are based on an approach in which the techniques for modeling the exhaust system, the temperature-dependent properties of the material, and thermal cyclic loading are taken into consideration and a reliable strategy is adopted for failure prediction. An application example shows that at an elevated temperature, considerable compressive plastic deformation is observed and that at a low temperature, tensile stresses remain in those parts of the test exhaust manifold where failure is observed. In order to predict fatigue life, mechanical damage is determined on the basis of the stress.strain hysteresis loops by using the classical Coffin.Manson equation and by adopting a method in which the dissipated plastic energy is taken into consideration.
