Equivalent Stress Distribution of a Stepped Bar with Hole under Torsional Loading

구멍이 있는 단이 진 비틀림 봉의 등가응력분포

Stress concentration is one of the causes of the damage due to the large stress than the mean stress acting on the bar. This paper presents the results for stress of a stepped bar with a hole under torsional loading. The analysis for stress concentration and shearing stress was done by ANSYS Workbench which is a commercial finite element analysis software. The analysis results on fillet and hole are increased as the distance between them are become close. In addition, the distribution of the maximum equivalent stress developed in the fillet and hole in the outside range of the specific distance L (-100 mm ~ 300 mm) was almost constant in the models used in the analysis. On the other hand, the distribution of the maximum equivalent stress developed in the fillet and hole in the inside range of the specific distance L (-100 mm ~ 300 mm) was rapidly increasing and decreasing the change in the models used in the analysis. In addition, it was also possible to identify the location where the differences between equivalent stresses of hole and fillet occurred within a specific distance L (-100 mm ~ 300 mm). The analysis results of paper can used when selecting a hole location in a stepped bar under torsional loading.

기하학적으로 급격히 변화되는 부분의 응력집중은 봉에 작용하는 평균응력 보다 큰 응력이 작용하여, 봉의 파손을 발생시키는 원인 중 하나이다. 구멍과 단이 있는 봉이 비틀림 하중을 받았을 경우, 응력집중 변화에 대해 구멍의 위치에 따른 관계를 규명하였다. 본 논문에서는 범용 유한요소 소프트웨어인 ANSYS Workbench를 통해 구멍의 위치가 다른 봉의 응력을 해석하였다. 해석된 결과, 필렛과 구멍이 서로 가까울수록 응력이 증가되는 것으로 나타났다. 또한, 본 해석에 사용된 모델에서는 구멍이 필렛으로부터 특정거리(L : -100 mm ~ 300 mm) 이상에서는 구멍과 필렛에서 발생한 최대 등가응력이 거의 일정하였다. 반면에, 구멍이 필렛으로부터 특정거리(L : -100 mm ~ 300 mm) 이하에서는 구멍과 필렛에서 발생한 최대 등가응력이 급격하게 증가 및 감소하는 변화를 보였다. 그리고 특정거리(L : -100 mm ~ 300 mm) 이하에서 구멍과 필렛에서 발생한 등가응력의 차이가 발생하는 지점을 확인할 수 있었다. 본 논문의 해석 결과는 비틀림을 받는 단이 있는 봉에서 구멍 위치를 선정할 때, 사용 될 수 있다.