피로한도 영향 인자

정의

피로한도는 반복하중을 무한히 받아도 피로파괴가 일어나지 않는 최대 응력 진폭이다.

같은 재료라도 실제 부품은 시험편에서 얻은 값보다 낮은 값으로 견딘다. 그 차이를 만드는 원인이 영향 인자다.

영향 인자는 재료, 형상, 표면, 하중, 환경이 대표적이다. 체계적으로 고려하면 설계값의 신뢰도가 높아진다.

마린 계수법

피로한도는 시편 값에 보정계수를 곱해 실제 부품 값으로 바꾼다.

이를 마린 계수법이라 한다. 여섯 보정계수를 시편 피로한도 Se'에 곱해 부품 값을 구한다.

표면, 크기, 하중, 온도, 신뢰도, 기타 인자가 각각 하나의 계수가 된다.

표면계수와 크기계수는 설계자가 가장 자주 바꾸는 값이라 먼저 점검한다.

계산 예

키홈이 있는 축을 생각한다. 인장강도 Sut 600MPa면 시편 피로한도는 300MPa이다.

가공면의 표면계수는 0.83, 직경 20mm의 크기계수는 0.90이다.

신뢰도 99%면 신뢰도계수는 0.814다. 굽힘과 상온이므로 하중·온도 계수는 1이다.

키홈은 응력집중부다. Kt 2.5, 노치 민감도 q 0.8을 넣으면 Kf는 2.2가 된다.

Se를 Kf로 나누면 실효 피로한도는 약 83MPa다. 키홈 하나로 값이 절반 이하로 떨어진다.

헷갈리는 점

재료 요인과 형상·표면 요인은 흔히 혼동된다. 두 요인은 주된 영향이 다르다.

재료 요인은 같은 형상에서도 재료가 다르면 달라지는 값이다.

형상·표면 요인은 같은 재료라도 응력집중 정도가 다르면 나타나는 값이다.

거칠기가 클수록 피로강도가 높다고 쓰면 틀린다. 거친 표면은 미세 노치처럼 작용한다.

정리

피로한도에 영향을 주는 인자는 재료, 형상·표면, 하중, 크기·환경, 산포로 정리된다.

재료는 화학성분과 결정립 크기, 열처리 상태로 본다. 형상은 응력집중으로 본다.

하중, 크기·환경, 산포 요인은 각각 응력진폭, 크기 효과, 부식, 제조결함으로 본다.

결론은 재료시험값 대신 실제 조건을 반영한 피로강도 검토다.