Topic: (1) 피로와 크리프 (2) 잔류응력 (3) 삼축응력과 항복조건 (4) 변형일과 열의 발생

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1 Topic: (1) 피로와 크리프 (2) 잔류응력 (3) 삼축응력과 항복조건 (4) 변형일과 열의 발생
제2장 재료의 기계적 성질 II Topic: (1) 피로와 크리프 (2) 잔류응력 (3) 삼축응력과 항복조건 (4) 변형일과 열의 발생 Q1: 기계 및 구조물의 부품이 항상 반복응력을 받는 이유는? Q2: 항복응력과 항복조건의 의미는 어떻게 다른가? Q3: 금속재료의 항복조건에 ‘전단’ 이 들어가는 이유는?

2 문제: LNG선을 설계하고자 한다. 구형의 LNG 탱크는 직경에 비해 두께가 얇고, 내압 P 를 받는다
문제: LNG선을 설계하고자 한다. 구형의 LNG 탱크는 직경에 비해 두께가 얇고, 내압 P 를 받는다. 소성변형을 하지 않고 LNG탱크를 안전하게 운반할 수 있는 최대 내압은 얼마나 될까?

3 Topic: 피로와 Creep 기계 및 구조물의 부품은 필연적으로 반복응력을 받는다. Ex) 공작기계, 절삭공구, 캠, 축, 기어, 금형, 스프링, 구조물…. 반복응력(cycle stress) > 피로현상 > 피로파괴(fatigue fracture) > 제품수명, 신뢰도

4 양진응력을 받는 경우, 응력진폭 Q1: 표면정도가 피로한도에 미치는 영향은?
피로한도 (fatigue limit)=내구한도 (endurance limit) ~1/2 UTS

5 Creep: 결정립계의 미끄러짐( >>응력이완, stress relaxation) 정하중에 의한 변형이 시간에 의존하는 현상 터빈 엔진에 중요

6 Topic: 잔류응력 발생원인 : 가공 중에 불균질한 항복을 받을 때

7 압축방향 잔류응력 인장방향 잔류응력 잔류응력 제거방법 : 1) 가열 2) 균질한 소성변형 >> 제품의 신뢰도 향상
>> 제품의 신뢰도 하락 잔류응력 제거방법 : 1) 가열 2) 균질한 소성변형

8 예2.4: 균질 소성변형에 의한 잔류응력 제거방법 * 추가 공정, 후속 공정

9 Topic: 삼축응력과 항복조건(1) 항복조건(yield criterion) 금속재료에 적용되는 항복조건들
인장 혹은 압축시험에서 얻는 항복응력 >> 단축항복응력 일반 응력상태에서의 항복개시를 판별하는 기준식 금속재료에 적용되는 항복조건들 최대전단응력조건(Tresca 항복조건) 전단변형에너지조건(von Mises 항복조건) 항복이 일어날 때, ‘전단’ 응력이 필요한 이유…

10 금속은 ‘격자구조’이지만, 완벽하지는 못함. >>> 전위 (dislocation) (선결함) 항복(소성변형) <<< 전위의 이동 <<< 전단응력

11 Topic: 삼축응력과 항복조건(2) 최대전단응력조건(Tresca 항복조건) 전단변형에너지조건(von Mises 항복조건)
크기순으로 주응력을 이라 놓으면, 전단항복응력(재료상수) 단순인장에서 항복에 도달한 경우, 전단변형에너지조건(von Mises 항복조건) Q: 단순인장 항복의 경우에 위 조건은 어떻게 되나? >> 유효응력(effective stress) 순수전단 항복의 경우,

12 Topic: 삼축응력과 항복조건(3) <평면응력(plane stress)상태>
Tresca : von Mises : <평면변형률(plane strain) 상태> 소성변형시의 응력-변형률증분 관계 von Mises : >>> (평면변형률 항복응력)

13 Topic: 변형일과 열의 발생 Q1: 가공에 소요된 에너지를 계산할 수 있는가?

14 Topic: 변형일과 열의 발생 변형 비에너지(specific energy for deformation)
유동응력이 로 주어지는 경우 가공에 소요되는 비에너지 평균유동응력 가공효율 소재의 온도상승 Q: 변형에너지가 온도상승에 사용되는 이유는?

15 K = 103.4 MPa, n = 0.5, ρ = 2.768 g/cm3, cp = 1.26×103 J/kg℃
예 2.8: 직경 2.54cm, 높이 2.54cm인 원주형 시편에 무게 45 kgf 인 추를 떨어뜨려 압축시킨 결과, 변형 후에 시편의 온도가 55℃만큼 상승하였다. 열손실과 마찰을 무시하고 시편의 최종높이를 구하여라. K = MPa, n = 0.5, ρ = g/cm3, cp = 1.26×103 J/kg℃ 단위체적당 발생한 열량 : 단위체적당 시편에 가해진 일 : *추가 문제 : 가공 효율이 70%인 경우, 최종 높이 hf = ?