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압력설비의 피로파괴 모드와 응력

전문가 제언: ○ 피로파괴 자체는 사소하나 이것이 취성, 전단파괴로 성장 확대되어 대형사고를 발생시킨다. 특히 비행기 창틀 모서리의 작은 균열(crack)이나 리벳(rivet)의 불완전한 체결로 격벽에 균열이 생겨 이․착륙이 반복되면서 기압변동으로 균열이 확대되어 대형 참사를 일으키는 원인이 되었다. 압력용기나 구조물 표면의 조그마한 흠(edge)으로 인한 응력집중이 피로강도를 이기지 못하여 누설, 폭발 및 화재사고의 원인으로 증명된 사례가 많이 보고 되었다.

○ 대부분 피로파괴의 원인은 회전체의 진동수와 배관의 고유진동수가 일치하는 공진, 압축기에 연결된 배관의 맥동, 그리고 증기 배관의 해머링(hammering) 등의 진동과, 온도와 열응력 차이로 발생하는 진동 및 용접 불량이나 재료표면의 불량으로 발생하는 응력집중 현상이다. 또한 피로문제는 반복운전이나 유체운동으로 인한 진동만이 그 원인이 아니므로 피로에 강한 구조로 내식성, 고온강도, 저온강도성 재질과 표면이 불연속적 형상이 되도록 한다.

○ 가진력을 예측하는 것은 매우 어려우나 CFD(Computational Fluid Dynamics) 등을 활용하여 시뮬레이션 모델을 개발하여 구조물의 고유진동수와 반복되는 온도, 압력의 변화주기와 유체들의 흐름 등을 해석, 검토, 파악하여 맥동과 공진 등 피로파괴의 원인을 억제, 제거하도록 설계해야 한다. ASME CODE, DNV 및 BS로 피로시험 검사를 하여 초고속화, 정밀화, 대형화되어가는 장치설비의 피로파괴 원인을 제거하도록 해야 한다.

저자: Takuya SATO
자료유형: 학술정보