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.
본 논문에서는 여러 연구자들이 반타원형 표면균열에 대한 응력확대계수의 수 정계수(correction factor)을 이론해석, 수치해석 및 실험해석 등을 통하여 구했는데, 그 결과는 서로가 5∼100%의 차이를 나타내고 있는 것이다. 이 때문에 표면균열에 대한 연구보고는 다른 분야에 비하여 비교적 적은 편이며, 현재까지 펴면균열의 피로 성장거동에 대한 정열이 설정되어 있지 못한 실정인 것이다. 이에 저자들은 표면균 열의 피로성장거동에 대한 다각적인 연구계획을 추진하고 있는 중이며, 본 보고서는 그 제1단계 연구로서, 초기 표면균열의 크기가 피로균열성장거동에 미치는 영향을 규 명하기 위한 실험적인 연구결과이다.
Fatigue life estimation by the theoretical stress concentration factors are, in general, considerably different from test results. And in calculating stress concentration factor, it is very difficult to consider actual geometry and material property which are the notch shapes, imperfections or defects of materials such as porosities inclusions and casting defects, etc. Therefore, the paper deals with the experimental method to find out the more exact stress concentration factors by measuring the strain distributions on each specimen by 3D-ESPI(Electronic Speckle Pattern Interferometry) System. Then the fatigue lives are compared between theoretical calculations using stress concentration factors determined by 3D-ESPI system and fatigue test results.
Inherent damage zone model is presented to explain the fatigue properties near the fatigue limit and the crack growth threshold consistently Inherent damage zone model assumes that the stress at a point which is located at a small distance, $r_0$, an inherent length of the material that represents the size of effective damage zone, from the crack initiation position governs the fatigue characteristics regardless of the geometric configuration of the specimen; smooth specimen, notched specimen or cracked specimens with short and long crack length. A special feature of the paper is using the exact stress distributions of notched and cracked specimens at the strength evaluations. Analytical elastic solutions by Neuber and Westergaard are employed for this purpose Relationship between fatigue limit of smooth specimen and threshold stress of cracked specimen, occurrence condition of non-propagating crack at the root of elliptic notch and circular hole and relationship between stress concentration factor and fatigue notch factor are discussed quantitatively based on the proposed model.
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.
The rotated bending fatigue test was conducted in air md in 3.5% NaCl salt solution to investigate the fatigue fracture behaviour of raw material and F.E.M dual phase steel made from raw material(SS41) by a suitable heat treatment. This study has compared the initial microcrack creation of material by tensile test with that by fatigue test. And the rotated bending test of cantilever type under the condition of 3.5% NaCl salt solution and air has investigated the corrosion fatigue fracture behaviour with the variation of stress concentration factor determined by each of notch shapes. The initial microcrack have been developed in fragile grainboundary with general corrosion occurring in raw material : in the pits built up by corrosion in F.E.M. dual phase steel because pits bring out stress concentration. It is small that the degree of decrease in corrosion fatigue life for F.E.M. dual phase steel compared with raw material because the notch sensitivity of F.E.M. dual phase steel is lower than raw material in reason of characteristics with two-phase construction.
The fatigue strength and fracture topography in the friction welded interface of high speed steel (HSS-Co) to SM55C carbon steel have been investigated through the fatigue test, SEM fractograph and EDS (energy dispersive spectrometer) analysis. Three kinds of specimens used in this research are the friction welded joints, HSS-Co and SM55C carbon steel with circumferential notch, saw notch and smooth, respectively. The notch sensitivity factor, .eta. of the friction welded joints is lower than that of the base materials, and that represents a superiority of the joint performance of FRW. Fracture topography of the FRW specimens with a notch showed a cleavage or brittle appearance, while that of the FRW smooth specimen appeared to be ductile. Furthermore, although fatigue crack likely initiated near the weld interface of the FRW smooth specimen, crack propagation continued into the HAZ of SM55C steel. Finally, fatigue fractures of the base materials were associated primarily with the inclusions located at the outer periphery of the specimen.
Fatigue life and notch sensitivity of the ultrafine grained pure Ti produced by ECAP was investigated. The ECAPed sample with the true strain of 460$\%$ showed near equiaxed grains with an average size of about 0.3 $\mu$m. After ECAP, the ultimate tensile strength was increased by 60$\%$, while the tensile ductility was decreased by 31$\%$. The ECAPed ultrafine grained pure Ti samples showed high notch sensitivity and significant improvement of high cycle fatigue limit by a factor of 1.67. The ECAPed samples also show high notch sensitivity (K$_{f}$/K$_{t}$ = 0.96). It can be concluded that ECAP is the effective process for achieving high fatigue strength in Ti by increasing its tensile strength through grain refinement
In this study, a series of fatigue tests are carried out in order to estimate quantitatively the characteristics of fatigue crack growth rate for high strength steels of SM570, POSTEN60, and POSTEN80 steel, that is, the influence on fatigue crack growth rate according to the welding line, the characteristics of fatigue crack growth according to the welding method and the kinds of steel, and the characteristics of fatigue crack growth for base metal, heat affected zone and weld metal. From the test results, in case that the notch if parallel to welding line, it knows that the retardations of fatigue crack growth rate in crack tip at early stage increase remarkably than in case that the notch is perpendicular to welding line due to compressive residual stress. And the characteristics of fatigue crack growth rate according to welding method are that the dispersion of fatigue crack growth rate in case of FCAW method is smaller than that of SAW method. Also, it knows that the fatigue crack growth rate converges in high stress intensity factor range.
본 연구에서는 완전 역 피로응력(completely reversed fatgue stress)를 받는 타원 노치에서 균열 발생과 전파에 대한 이론 임계 피로 한도를 응력 세기 계수 개념 을 도입하여 임의의 재질과 임으의 타원 노치 형상에 대해서 적용할 수 있도록 유도하 며 그 결과는 기존 이론보다 Frost의 실험치에 더 잘 일치함을 보이고자 한다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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