Abstract
The endurance reliability assessment of a highly complex mechanism is generally predicted by the fatigue life based on simple stress analysis. This study discusses various fatigue life assessment techniques for an automobile clutch snap ring. Finite element analyses were conducted to determine the structural stress on the snap ring. Structural stress that is insensitive in regards to the mesh size and type definition is presented in this study. The structural stress definition is consistent with elementary structural mechanics theory and provides an effective measure of a stress state that pertains to fatigue behavior of welded joints in the form of both membrane and bending components. Numerical procedures for both solid models and shell or plate element models are presented to demonstrate the mesh-size insensitivity when extracting the structural stress parameters. Conventional finite element models can be used with the structural stress calculations as a post-processing procedure. The two major implications from this research were: (a) structural stresses pertaining to fatigue behavior can be consistently calculated in a mesh-insensitive manner regardless of the types of finite element models; and (b) by comparing with the clutch snap-ring fatigue test data, we should predict the fatigue fractures of an automobile clutch snap ring using this method.
복잡한 기계장치에 대한 내구신뢰성 평가는 단순한 응력해석을 통해 피로수명을 예측하는 것이 일반적인 방법이다. 하지만 기존 방법은 유한요소 해석 시 여러 가지 요인에 의해 일관된 응력해석 결과를 얻기 어려워 해석자에 따라 상이한 수명을 예측하는 단점을 지닌다. 하지만 구조응력을 기반으로 하는 내구신뢰성 평가 기법은 이러한 단점을 보완하여 보다 합리적인 결과를 제공해 준다. 구조응력기법은 유한요소 모델의 요소 수와 요소 형태에 무관하게 일관된 응력결과를 제공하기 때문에 신뢰성이 높은 내구도 평가 결과를 얻을 수 있다. 해석조건 및 환경에 독립적인 결과를 제공해 주는 구조응력은 최근 대형선박 설계 및 각종 기계장치의 피로수명 예측에 종종 활용되고 있어 보다 깊이 있고 체계적인 연구가 필요하다. 따라서, 본 연구에서는 (a) 유한요소모델의 형태에 상관없이 요소에 독립적인 구조응력 산출기법을 제시하고, (b) 이를 이용하여 자동차 클러치 스냅링부의 구조응력 산출하여 피로파괴를 예측하고자 한다.
