Fatigue Life Prediction of Medical Lift Column utilizing Finite Element Analysis

Medical lift column controlling the vertical position while supporting heavy eccentric load should have the high fatigue strength as well as the extremely low structural deflection and vibration in order to maintain the positioning accuracy. The lift column driven by a induction motor is generally in a three-step sliding boom structure and exhibits the time-varying stress distribution according to the up-and-down motion. This study is concerned with the numerical prediction of the fatigue strength of the lift column subject to the time-varying stress caused by the up-and-down motion. The stress variation during a motion cycle is obtained by finite element analysis and the fatigue life is predicted making use of Palmgren-miner's rule and S-N curves. In order to secure the numerical analysis reliability, a 3-D FEM, model in which the detailed lift column structure and the fitting parts are fully considered, is generated and the interfaces between lift column and pads are treated by the contact condition.

유한요소해석을 통한 의료용 리프트 칼럼의 피로수명 예측

매우 큰 편심하중을 지지하면서 상하로 수직위치를 제어하는 의료용 리프트 칼럼은 수직위치의 정확도를 확보하기 위해 매우 낮은 구조적 변형과 진동은 물론 높은 피로강도가 요구된다. 리프트 칼럼은 일반적으로 3단 슬라이딩 붐구조로 유도전동기로 작동되며, 상하운동에 따라 변동응력을 나타낸다. 본 연구에서는 리프트 칼럼의 상하운동으로 야기되는 변동응력에 따른 피로강도를 수치해석적으로 예측하였다. 한 주기 상하운동에 따른 응력변동은 유한요소해석으로 구하였으며, 피로수명은 Palmgren-miner기법과 재료의 S-N선도를 적용하여 예측하였다. 수치해석의 신뢰성을 확보하기 위하여 리프트 칼럼의 상세형상과 체결부위을 반영한 3차원 FEM모델을 생성하였으며, 칼럼과 패드사이 계면은 접촉조건으로 처리하였다.