재료역학실험 | 회전굽힘 피로시험(Rotary Bending Fatigue Test)

 

 

 

TIP

 

 

각종 재료의 피로강도를 구하는 것뿐만 아니라 기계, 구조물의 형상, 크기, 가공법, 하중이 가해지는 방법 등이 피로강도에 미치는 영향을 조사하기 위함이다. 토목, 건축물에서 외력이 대체로 정적으로 작용하므로 인장강도를 중요시한다. 반면, 고속으로 회전‧왕복하는 기관이나 부품에 대해서는 하중의 변동이 생기는 예가 많아 인장강도는 중요성이 줄어든다. 외력이 장시간에 걸쳐 반복적으로 작용하고, 대부분 진동을 수반하며 실제의 파단도 인장강도보다 훨씬 작은 항복점 이하의 응력에서 생긴다. 피로란, 여러 정적시험(경도, 인장, 충격시험)의 강도보다도 훨씬 작은 응력을 되풀이해서 작용시킬 때에 물체 전체나 국부적으로 변형이 생기고 시간과 더불어 점차적으로 발전해 나가는 현상을 말한다. 또한, 어느 한도까지 피로가 계속되면 파단하는 데 이를 피로파괴라 부른다.

 

 

 

피로파손과정

1. 균열 생성 : 응력 집중을 크게 받는 부위에서 조그만 균열이 형성

 

2. 균열 전파 : 균열이 각 응력 사이클마다 조금씩 진전

 

3. 최종 파손 : 진전하던 균열이 임계 크기에 도달하면 매우 바르게 파손이 일어남

 

피로 균열은 기기 표면의 응력 집중부위(표면 흠, 패인 곳, 흠집 등)에서 생성된다. 균열 전파 과정은 파괴면에 해변무늬와 줄무늬의 두 가지 양상을 남긴다. 해변무늬는 크기가 커서 육안으로 관찰이 가능하며, 피로 줄무늬는 크기가 작아 전자 현미경으로만 관찰이 가능하다. 줄무늬폭은 응력 범위에 따라 변하며, 응력 범위가 증가할수록 폭은 증가한다. 파손이 급격히 일어난 부위에서는 해변무늬, 줄무늬가 나타나지 않는다. 급속 파손은 연성 파괴일 수도, 취성 파괴일 수도 있는데, 연성 파괴일 경우에는 소성변형의 흔적이 나타나지만, 취성 파괴일 경우 소성변형의 흔적이 보이지 않는다.

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실험 방법

1. 실험 과정

1) 시험편을 작동순서에 의해 시험기에 장치한다.

 

2) 시험응력을 결정하고 회전수를 확인하는 게이지를 0으로 한다.

 

3) 반복횟수를 확인한다.

 

4) S-N 곡선을 그린다.

 

5) 피로한도를 정한다.

 

2. 실험 요약

아래 그림과 같이 굽힘 하중을 걸고 시험편을 회전시키는 반복 시험이다. 시험편을 돌리면서 굽힘 모멘트가 걸리도록 하며, 굽힘 모멘트가 생기도록 하는 힘은 회전하지 않는다. 시험편 장착 후, 시험편이 파괴될 때까지 또는 미리 정한 회전수를 초과할 때까지 시험한다.

 

 

 

 

[재료역학실험]회전굽힘 피로시험(Rotary Bending Fatigue Test) 레포트