용접구조물의 피로강도 시험법(2006년 78회 2교시)

용접구조물 피로강도 시험방법을 설명 하라 (2006년 78회  2교시)

재료에 응력을 반복해서 가하면(반복해서 변형을 가하면) 파단이 생겨 기계적 강도가 감소한다. 이러한 현상을 피로에 의한 파괴라 한다. 많은 종류의 기계나 구조물들이 사용 중에 파괴되는데, 그 원인은 거의 전부 피로에 의한 파괴라 하여도 과언이 아니다. 피로 시험의 목적은 재료의 피로 강도를 구하는 것과 기계, 구조물의 형상, 크기, 가공법, 하중을 가하는 방법 등이 피로 강도에 미치는 영향을 조사하기 위해서이다. 

피로시험은 먼저 규정된 시료를 사용하여 반복굽힘으로 파괴했을 때의 응력과 반복회수를 구한다. 피로시험은 응력진폭 일정형, 변형진폭 일정형 등이 있고 하중의 형식에 따라 굽힘, 인장, 압축, 조합된 응력 시험 등의 종류가 있다.

(1) ASTM D671

변형진폭 일정형과 응력진폭 일정형의 시험법이 규정되어 있다. 변형진폭 일정형의 경우 장착된 편심풀리를 1,720±25rpm으로 회전시킨다.

시험의 종료점은 시험편이 파단나거나 강성율(Modulus of Rigity)이 1/8정도로 낮아질 시점이다. 시험결과는 피로 수명 곡선으로 표시하든지 피로 수명 한계로 표시한다.

(2) 피로 수명 곡선

피로 시험기에서 변경을 가하는 각도를 변경시킴으로써 응력의 변화를 주면서 각각의 응력에서 반복수로 표시되는 피로수명을 구하여서 가로축에 피로수명, 세로축에 응력으로 그래프를 그린다.

                 

 

 

(3) 피로한계

재료에 피로를 주는 응력이 어느 한계 이하이면 무한회수의 응력을 주어도 파괴가 일어나지 않는다. 이 한계 응력을 피로 한계라고 한다. 금속재료에서는 분명한 피로한계가 존재하지만 플라스틱은 그렇지 않는 경우도 많기 때문에 10⁷ 의 반복적인 피로를 주어도 파괴되지 않는 시점의 응력을 피로한계로 규정한다.

파로한계를 구하는 법에는 staircase법과 probit법이 있는데 주로 앞의 방법이 이용된다. staircase법은 예상되는 시간 강도에 가까운 응력에서 1번 시험편을 시험하고 예상 이하에서 파단된 경우에는 응력을 낮추고 파단되지 않은 경우에는 응력을 높어 2번 시험편을 설치하여 시험한다. 응력의 증가 또는 감소폭은 철강재료에서는 1kg/mm2 정도로 한다. 같은 방법으로 전회의 시편이 파단되었을 때는 일단계 응력을 낮추고 파단되지 않았을 때는 응력을 높여 15~25 개의 시편을 시험하여 피로 한계를 얻는다