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Q 3-1) 부하형식, 부하응력 크기 및 노치의 예리함에 따른 피로 파단면의 거시적 양상의 가장 주된 특징을 항목
형식으로 정리해 보라. / _김승중
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1. 부하 응력 크기에 따른 파단면 (1) 하중 크기가 큰 경우 (High nominal stress)
- 단면의 피로 특성이 명확치 않음 (피로 특성이 나타나기 전에 파단됨) - 노치의 형태에 따라서는 다른 양상 (2) 하중 크기가 작은 경우 (Low nominal stress) - 단면의 피로 특성이 잘 나타남 최종 파단면 비치마크 (Beach marks) 축하중 (Tensile-tensile/compress) 굽힘하중 (Unidirection) 굽힙하중 (Reversed) 회전굽힘하중 (Rotational Bending) 노치 없음 (No stress concentration) 둔감한 노치 (Mild stress concentration) 예리한 노치 (Severe stress concentration) 1)
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2. 하중 형태에 따른 파단면 표면의 한 점에서 시작하여 반원 모양으로 발전
(1) 축하중 (Tensile-tensile, Tensile-compress) - 비치마크는 아래로 볼록한 손톱 모양 (2) 굽힘 하중 가. 단방향 굽힘 (Unidirectional bending) - 축하중 특징과 유사하나, 곡률이 완만 (균열길이점이 균열깊이점 보다 더 빠르게 진행) 나. 양방향 굽힘 (Reversed bending) - 최종 파단면이 띠 형태로 발생 (3) 회전 굽힘 하중 (Rotational bending) - 굽힘하중보다 더 빠르게 진전 - 일정 지점 이후부터 위로 볼록한 형태 가능 - 회전 방향에 따라 최종 파단 영역 위치 발생 (시계방향 회전 : 파단영역 오른쪽, 반시계방향 회전 : 파단영역 왼쪽) 1) 2) 1) 3) 1) 4) 단방향 굽힘 단방향 굽힘 2 양방향 굽힘 양방향 굽힘 2 1) 5)
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3. 노치의 예리함에 따른 파단면 (1) 노치 없음 (No stress concentration)
(2) 둔감한 노치 (Mild stress concentration) (3) 예리한 노치 (Severe stress concentration) - 노치가 존재하는 면을 따라 균열이 진전 - 노치가 예리할 수록 최종 파단면을 감싸는 형태 - 회전 굽힘은 최종 파단면이 원형 축하중 단방향 굽힘 하중 양방향 굽힘 하중 회전 굽힘 하중 노치 없음 둔감한 노치 2) 예리한 노치 1)
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Tensile-compression) (Unidirectional bending)
큰하중 (High nominal stress) 작은하중 (Low nominal stress) 4. 정리 축하중 (Tensile-tensile, Tensile-compression) 단방향 굽힘하중 (Unidirectional bending) 양방향 굽힘하중 (Reversed bending) 회전 굽힘하중 (Rotational bending)
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5. 사례 연구 #1 (1) 모터 축의 피로 파손 - 모터축 (SUJ2, 고탄소 크롬 특수강, 베어링, 내마모성 내충격성이 우수, σy=688 Mpa) (2) 파손원인 - 가공 불량으로 인한 예리한 노치 효과로 판단 모터 축 Beach Marks 모터 최종 파단면 편심베어링 베어링 작동 메카니즘 파손 단면
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5. 사례 연구 #2 (1) 문고리 파손 - 일요일 (4/5), 오전 9:00, 회사옥상에서 발생 (2) 파손 형태
- 잦은 사용 (굽힘)으로 인한 피로 진전 - 최후 날카로운 형태로 파손 최종 파단면 Beach Marks
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6. 참고자료 1) ASM Handbook Vol.11: Failure analysis and prevention, ASM Int. 2) Fatigue Failures, With Special Reference to Fracture Characteristics, G. A. Cottell, M.Sc., A.I.M., ( 3) 4) 5)
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