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새로운 P-S-N곡선과 P-F-L곡선 및 구름접촉 기계요소의 피로수명 예측 모델(New P-S-N Curve, P-F-L Curve and Life Estimatio Model for Rolling Contact Machine Elements)

전문가 제언: □ 일반적으로 피로수명(fatigue life)을 나타내는 S-N시험(Stress-Number of cycle test)에는 응력수준의 실험 범위가 좁기 때문에 어느 모델을 사용하여도 겉보기에는 선형에 가깝다. 그 위에 107대로 수평선을 그음으로 인하여 모델이 좋고 나쁘다는 구별을 하였다. 경사부의 회귀식(regression equation)으로 착안한다면 적용모델이 나쁜 경우에는 현실적으로 벗어난 값을 얻을 수 있다. 107정도의 응력반복수는 현대의 기계에는 수일 사이에 도달하여 얻을 수 있는 횟수이다. 여기에 피로한도(fatigue limit)를 설정한다는 것은 관습적인 정의의 규정에서만 생각할 수 있는 실정이다. 현실과 맞지 않는 데이터의 정리법이라고 생각되어 재검토가 필요하다고 생각된다.

□ 기존의 방법에서는 피로강도를 평가하는 S-N곡선에서는 응력반복수가 106 혹은 107회까지 재료가 파괴되지 않는 한계의 응력이 존재하였다. 이 한계 응력점에서 수평선을 그어서 그 이하를 피로한도로 규정지었다. 실험된 응력수준은 103～106회 범위의 각 반복수에 대응하는 값으로 되어 있어서, 대부분 각 응력수준에 대한 피로수명의 분포상태는 구할 수 없었다. 피로수명을 정확하게 나타낼 수 있는 새로운 모델을 강구할 필요가 있다고 생각된다.

□ 기존의 S-N곡선은 피로한도를 표현할 수 없는 약점을 안고 있다. 이런 이유로 107회로 수평선을 끌어내어 피로한도로 하는 것은 불가능하다고 생각된다. 제안된 새로운 S-N곡선 모델을 사용하면 피로한도를 명확히 표현할 수 있다. 이와 같은 기존 방법의 S-N곡선과 피로한도에 대한 약점을 보강하여 새로운 모델의 개념과 구름접촉 기계요소용 고경도 열처리 재료 등의 피로한도의 유무에 대하여 검토하였다.

□ 이와 같은 기존 방법의 S-N곡선과 피로한도에 대한 약점을 보강하여 새로운 모델의 개념과 구름접촉 기계요소용 고경도 열처리 재료 등의 피로한도의 유무에 대하여 검토하였다. 고경도로 열처리된 베어링용 강은 피로한도를 나타낼 수 없지만 구조용 탄소강과 CFRP(탄소섬유강화 플라스틱) 등 인성이 높은 재료는 피로한도를 나타내었다. 향후에는 피로수명에 관련된 기계요소의 수명분포에 대해서 명확히 규명하여 피로수명을 향상시키는 데에 만전을 기해야 할 것으로 생각된다.

저자: Shigeo SHIMIZU
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