• 한국철도학회논문집
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• 제13권2호
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• pp.201-207
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• 2010

철도 레일의 누적통과톤수에 의한 교체주기기준은 레일의 휨 피로수명에 의해 결정된다. 레일의 휨 피로수명을 평가하기 위해서는 기본적으로 레일의 휨 피로거동(S-N선도)에 대한 분석이 필요하다. 본 연구에서는 국내에서 사용되고 있는 50kg/m, 60kg/m 레일에 대하여 신품 및 사용 용접레일(모재부, 테르밋용접부, 가스압접부)로 구분하여 실물 휨 피로시험을 수행하였으며, 휨 피로시험결과를 바탕으로 파단유형 및 파단면 분석, 파괴 확률에 따른 휨 피로거동(S-N선도) 분석을 수행하였다. 이를 통해 레일종류별, 용접방법별, 신품 및 사용레일에 대한 S-N선도를 도출하였다. 이는 향후 누적통과톤수에 의한 레일 피로수명 평가를 위해 반드시 필요한 기초 자료로서 활용될 것으로 기대된다.

• 한국철도학회:학술대회논문집
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• 한국철도학회 2010년도 춘계학술대회 논문집
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• pp.64-71
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• 2010

장대레일 교체주기는 자갈궤도 레일두부 표면요철과 레일 휨피로의 상관관계 분석을 통해 산정되었다. 본 연구에서는 실물 레일 휨 피로시험을 통한 레일의 S-N선도, 국내 도시철도(서울메트로) 콘크리트궤도에서 발생하는 레일 휨응력 예측식, Haibach's rule을 통해 콘크리트궤도 장대레일의 휨 피로수명을 평가하였다. 여기서, 레일용접방법별 S-N선도와 레일표면요철, 열차운행속도가 고려되었다. 또한, S-N선도 파괴확률 1%, 0.1%, 0.01%를 고려한 휨 피로수명을 비교하였다. 따라서 본 연구에서는 콘크리트궤도 장대레일의 휨 피로수명을 제안하였다.

• Composites Research
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• 제34권2호
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• pp.77-81
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• 2021

복합재료의 높은 비강도와 비강성으로 인해 복합재료는 다양한 산업분야에서 광범위하게 사용되고 있다. 특히, 탄소 섬유 강화 복합재는 많은 기계적인 구조물에 널리 사용된다. 또한 이방성 특성을 갖는 탄소 섬유 강화복합재는 금속 재료와 달리 섬유 방향에 따라 피로 거동을 이해하는 것은 구조 설계에 있어서 매우 중요하다. 따라서 본 논문에서는 비낌 축(off-axis) 시편에 따라 복합재료의 피로 수명에 미치는 영향을 실험적으로 평가하였다. 이를 위해 복합재료의 비낌 축 시편(0°, 10°, 30°, 45°, 60°, 90°)에 대해 인장 및 피로 시험을 수행하였다. 피로 시험 결과, 복합재의 피로 강도는 섬유 방향이 0도로부터 조금 벗어날수록 피로 강도가 크게 감소하였으며 많이 벗어날수록 적게 감소하였다. 이는 적층 각이 커질수록 섬유의 하중을 지지하는 역할이 감소했기 때문이다. 또한 복합재의 피로 선도에 비낌 축 각도를 평준화하는 피로 강도 비율을 도입하여 피로 수명의 경향을 분석하였다. 피로강도 비율(Ψ)-피로 수명 선도를 이용하여 적층 각도와 관계없이 피로 수명을 단일선으로 표현하였다. 피로 강도비율을 통해 평준화된 피로 선도를 이용하면 2개 이상의 비낌 축 각도를 가지는 복합재의 피로 선도만으로도 임의의 다른 비낌 축 각을 가진 동일한 복합재의 피로 수명 곡선의 도출이 가능하다.

• 대한기계학회논문집A
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• 제38권10호
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• pp.1163-1169
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• 2014

본 연구에서는 자동차 서스펜션 구조에 일반적으로 사용되는 용접부 형상에 대하여 굽힘 하중에 의한 피로수명을 예측할 수 있는 절차를 개발하였다. 이종 재료로 이루어진 실제 제품 용접 연결부의 피로수명 예측을 위해, 복잡한 형상의 제품을 단순화한 용접 시편을 설계하고 이에 대한 굽힘 피로 시험을 진행한 후 모멘트-피로수명(M-N) 선도를 제시하였다. 응력 집중에 의한 영향을 분석하기 위해 시편의 형상을 모델링 한 후 정적 하중에 대한 유한요소해석을 수행하여 균열 발생부의 응력을 구하고 응력-피로수명(S-N) 선도를 제시하였다. 유한요소해석을 통해 구한 응력과 이론 계산을 통해 구해준 응력을 이용하여 응력집중계수를 계산하였고, 응력집중부의 피로평가 방법 개선을 위해 보편적으로 사용되는 피로노치계수 평가법과 굽힘 피로 시험 결과를 비교 검토하였다. 그 결과, 이종 재질 용접 연결부의 정확한 피로 수명평가를 위해서는 기하형상을 고려한 피로노치계수 평가 분석뿐만 아니라 두 소재의 맞대기 용접 시편에 대한 피로 시험을 수행해 주어야 할 것으로 판단된다.

• 항공우주시스템공학회지
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• 제17권2호
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• pp.62-70
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• 2023

본 논문에서는 두 가지 복합재료의 플라이를 부분적 또는 전체적으로 적층하여 접합시킨 플라이 오버랩 조인트 구조의 기하학적 특징을 이용하여 응력-수명(S-N) 선도 및 피로 수명을 예측하는 기법을 제안한다. 구조의 피로 특성에 영향을 주는 기하학적 특징을 변수로 선정하였다. 기하학적 변수와 복합재 피로 모델인 Epaarachchi-Clausen 모델을 구성하는 재료상수의 관계를 분석하여 두 요소의 관계식을 제안하였다. 제안한 방법의 예측 정확도 검증을 위해서 CFRP/GFRP 플라이 오버랩 조인트의 피로 수명을 예측하였다. 예측된 수명과 시험 데이터 기반 모델로 얻은 수명을 실제 수명에 비교하였다. 또한, 예측된 S-N 선도의 결정 계수를 계산함으로써 높은 예측 정확도를 확인하였다.

• 한국강구조학회 논문집
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• 제10권3호통권36호
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• pp.423-435
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• 1998

본 연구에서는 기존의 강교에서 흔하게 발견되고 있는 맞대기 용접부의 용입불량으로 인한 부재의 피로강도 저하도를 정량적으로 평가하고자 하였다. 이를 위하여 강교량의 재료로 널리 사용되고 있는 SWS490강으로 제작된 완전용입 및 용입깊이가 서로 다른 불완전용입 맞대기 용접시험편을 대상으로 일정진폭하중시험을 수행하여 S-N선도를 산출하고 이를 비교 검토하였으며, 파괴역학적 방법을 이용하여 불완전용입 용접재의 피로수명을 계산하였다. 본 연구의 결과로서, 완전용입 용접재의 경우 AASHTO의 피로강도등급선도와의 비교에서 피로한도값은 A등급보다 높은 값을 보였고, S-N선도의 기울기는 5.57로 매우 높게 나타났다. 불완전용입 용접재의 경우 불완전용입깊이 D가 증가함에 따라 피로강도가 감소하는데, D=14.7mm인 경우 AASHTO의 E'등급보다 낮게 나타난다. 불완전용입 용접재의 파손거동에서 피로균열은 내부 용접루트 선단부에서 a/c가 매우 작은 반타원형 표면균열의 형태로 발생하고, 시험체의 두께방향으로 진전하여 최종파손을 유발한다. 파괴역학적 방법을 이용한 불완전용입 용접재의 피로수명을 평가하기 위하여 3차원 반타원형 균열형상에 대한 응력확대계수 K를 유한요소해석으로 구하였다. 여기서 얻어진 K값과 실험으로 얻어진 Paris식의 상수를 이용하여 불완전용입 용접재의 피로수명을 계산하여 비교하였다. 그리고 실제 불완전용입 맞대기용접부의 파손으로 붕괴사고가 발생한 성수대교의 수직재에 본 연구결과를 적용하여 피로수명을 계산해 보았다.

• Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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• 제36권1호
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• pp.85-93
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• 2012

본 연구에서는 용접부의 형상을 고려하여 머플러의 피로수명을 예측하는 프로세스를 개발하였다. 피로수명 예측 프로세스 개발을 위해 머플러의 굽힘 피로시험을 진행한 후 M-N선도를 획득하고, 파손이 발생한 용접부의 형상을 모델링 한 후 정적하중해석을 실시하고, 해석결과를 이용하여 응력집중계수를 구하였다. 응력집중계수는 피로노치계수를 구하는데 사용되며, 이를 바탕으로 피로수명을 예측하였다. 시험결과와 예측결과의 비교를 통해서 피로수명 예측의 타당성을 검증하였다.

• 문화기술의 융합
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• 제7권2호
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• pp.405-410
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• 2021

본 연구에서는 레일체결장치용 방진패드의 사용수명 및 스프링강성을 평가하고자 비선형 재료모델 및 피로하중조건을 적용한 유한요소해석을 수행하였다. 피로해석 결과, 초기조건 대비 스프링강성의 변화율은 약 16%로 나타나 피로경화가 발생된 것으로 분석되었다. 방진패드의 길이방향으로 발생되는 응력은 중앙부와 외곽부(Edge)의 발생응력의 차이가 약 10배 이상 발생되었다. 또한 중앙부 보다 외곽 경계부의 등가응력이 2배 이상 크게 발생하는 것으로 분석되었다. 따라서 실제 사용조건에서 방진패드의 손상 및 변형 취약부는 방진패드의 모서리부분인 것으로 분석되었다. 피로해석을 통해 산출된 반복횟수에 따른 방진패드의 등가응력을 이용하여 방진패드의 피로수명선도를 도출하였다. 본 연구에서 도출한 방진패드의 피로수명선도를 이용하여 향후 다양한 하중조건에서 방진패드의 등가응력을 산출하여 해당조건에서의 피로수명을 예측하는 데에 활용이 가능할 것으로 판단된다.

• 대한기계학회:학술대회논문집
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• 대한기계학회 2001년도 춘계학술대회논문집A
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• pp.217-222
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• 2001

For the life evaluating of notched members, it is the best way that performing the real fatigue test of structure containing notch. But this method required generally much times and costs to evaluate fatigue life. So, generally we use the modified S-N curve or several methods to predict fatigue life. In this study, crack initiation life was evaluated by fatigue testing the SAE keyhole specimen and smooth specimen made of Al 7075-T6 alloys using the constant load then obtained S-N curve of smooth specimen and P-N curve of SAE keyhole specimen. And, fatigue lives of keyhole specimen are predicted using some life prediction methods (Nominal range I method, Nominal range II method, FEM analysis) for investigating experimented results, and that were compared with experimental data. Predicted fatigue lives by FEM analysis were corresponded with experimental data between 1/3times and 3times on the whole, and predicted fatigue lives using modified S-N curve (Nominal range I method, Nominal range II method) were nonconservative compared with that of FEM analysis.

• Composites Research
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• 제16권1호
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• pp.13-18
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• 2003

복합재료의 피로수명을 평가하는 것은 여러 가지 파손모드와 파손모드 간의 강호작용 때문에 복잡하다. 본 논문에서는 현상론적인 모델(비선형 강도저하 모델)을 이용하여 피로수명과 잔류강도를 예측할 수 있는 방법을 제시하였다. 잔류강도를 하중 사이클 수와 피로응력의 함수로 가정하였으며, 계산에 필요한 모델변수(강도저하 파라미터, 피로수명형상 파라미터)를 피로수명의 함수로 가정하였다 임의로 배열된 하중 스펙트럼 상에서 응력수준에 따른 모델 매개변수를 구하기 위해 S-N 선도를 이용하였고, 상이한 응력비에 대하여 전술한 매개변수를 Goodman식의 보정을 통하여 계산하였다(피로선도). 임의의 하중이력 후의 잔여강도 분포를 2모수 weibull 함수로 표현하였다.