KR100324900B1 - Method for fatigue life prediction(FLP) - Google Patents

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Abstract

본 발명은 산업구조물의 피로수명 예측과 안전진단이 가능하도록 각 재료의 물성치를 이용하여 시편 종류에 따른 수명을 예측하는 피로수명 예측 방법에 관한 것으로, 특히 각 재료의 물성치를 이용하여 시편 종류에 따른 수명을 예측함에 있어 균열 개시의 예측 (fatigue (crack) initiation) 및 균열 성장 분석 (crack growth analysis)을 하나로 통합한 것이다.The present invention relates to a fatigue life prediction method for predicting the life expectancy according to the type of specimen by using the material properties of each material to enable the fatigue life prediction and safety diagnosis of the industrial structure, in particular by using the material properties of each material In predicting lifespan, crack (itiation) crack initiation and crack growth analysis are combined.

본 발명은 균열 성장 분석에서 기존 균열 성장 모델의 대부분을 통합하였으며, 대부분의 다른 모델들이 각각의 분석 요구조건들에 적합하도록 실용적으로 서로 결합될 수 있도록 하였다. 또한 본 발명자들이 최근에 창안한 Chen-Lee 모델과 다른 어떤 분석 프로그램에서도 허용하지 않는 상호작용구역 (interactive zone) 개념을 갖는 개선된 모델들을 포함시켰고, 모델들 및 그 파라미터들이 보다 일관되게 사용되도록 하기 위하여 da/dN 시험 자료 처리 기능(곡선 피팅)을 통합된 패키지로 포함시킨 것이다.The present invention integrates most of the existing crack growth models in crack growth analysis and allows most of the other models to be practically combined with each other to meet the respective analysis requirements. We have also included improved models with the concept of interactive zones, which the inventors have recently invented and which no other analysis program permits, to ensure that models and their parameters are used more consistently. For this purpose, the da / dN test data processing function (curve fitting) is included in an integrated package.

Description

피로수명 예측 방법 {Method for fatigue life prediction(FLP)}Fatigue life prediction method {Method for fatigue life prediction (FLP)}

본 발명은 산업구조물의 피로수명 예측과 안전진단이 가능하도록 하는 피로수명 예측 방법에 관한 것으로, 특히 각 재료의 물성치를 이용하여 시편 종류에 따른 수명을 예측함에 있어서 균열 개시의 예측 (fatigue (crack) initiation) 및 균열 성장 분석 (crack growth analysis)을 하나로 통합한 피로수명 예측 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a fatigue life prediction method for enabling fatigue life prediction and safety diagnosis of industrial structures. In particular, the prediction of crack initiation in the prediction of the lifespan according to the type of specimen using the properties of each material (fatigue (crack)) Fatigue life prediction method integrating initiation and crack growth analysis into one.

피로는 가장 일반적으로 행해지는 구조물의 파손 형태이고, 가장 취급하기 어려운 것 중 하나이다. 재료의 피로는 점진하는 물리적인 진행이다. 피로의 공통적인 특징은 구조물이 상당한 수명 동안 기능하므로 매일 반복적으로 외부 활동에 노출된다는 것이다. 각각의 활동기간은 미소하지만 피로 진행에 역행할 수 없는 원인이 된다. 피로는 야기되는 모든 응력 (stress)이 외관상으로는 선형 탄성 한계 (linear elastic limit)와 국부 파손 강도 (local breaking strength) 보다 훨씬 아래에서조차 일어난다. 그런데 재료는 정적 강도 (static strength)라 불리는 정적 하중 (static load) 하에서도 파손될 수 있으며, 피로는 정적 강도 보다 확실히 작은 주기적인 반복되는 하중에 관계된다. 재료는 주기적인 하중하에 약화될 수 있고, 결국 정적 강도 보다 낮은 하중에서도 또한 파손된다. 이것은 재료의 피로 강도 (피로 한계 또는 내구성)는 재료의 정적 강도와 완전히 다르고, 재료의 정적 강도보다 훨씬 낮다는 것을 알려준다.Fatigue is the most common form of failure of structures and one of the most difficult to handle. Material fatigue is a gradual physical process. A common feature of fatigue is that the structure functions for a considerable lifetime and thus is exposed to external activities repeatedly every day. Each period of activity is a small but irreversible cause of fatigue progression. Fatigue is apparently occurring even below the linear elastic limit and local breaking strength. The material can, however, break even under static loads called static strength, and fatigue is related to periodic repeated loads that are certainly less than static strength. The material may weaken under periodic loads and eventually break down even at loads lower than static strength. This indicates that the fatigue strength (fatigue limit or durability) of the material is completely different from the static strength of the material and is much lower than the static strength of the material.

피로가 진행되는 동안 손상은 재료 내에 축적된다. 미시적인 수준에서 보면 이것은 결함, 경계면이나 함유물, 또는 단층들의 축적 등 주위의 미소 응력 축적일것이다. 거시적인 관점에서 보면, 손상은 함께 두드러진 거대 균열 (macro crack)을 일으키는 슬립 밴드 (silp band) 또는 소성의 전파, 미소 균열들 또는 공동들 (voids)의 유착이다. 그리고 균열은 최종 파단에 이르기까지 피로 하중하에서 성장한다.During fatigue, damage accumulates in the material. At the microscopic level, this may be the accumulation of microscopic stresses in the surroundings, such as the accumulation of defects, interfaces or inclusions, or monolayers. In the macro view, the damage is a slip band or plastic propagation, microcracks or voids that together cause a pronounced macro crack. The crack then grows under fatigue loading until the final fracture.

피로 균열 기원은 항상 하중 분포, 구조 구성요소의 기하 또는 이질적인 재료의 미시구조에 기인하는 어떠한 이유에 의해 야기되는 불연속성에서부터 시작한다. 이것은 피로가 매우 국부적인 현상이라는 중요한 특징을 드러낸다Fatigue crack origins always begin with discontinuities caused by any reason due to load distribution, geometry of structural components or microstructure of heterogeneous materials. This reveals an important feature that fatigue is a very local phenomenon.

비록 피로진행에 대한 이해가 크게 진전되었다고는 하나, 피로는 설계, 제작, 운행 및 구성부품과 구조물의 유지보수를 필요로 하는 엔지니어에게는 여전히 아주 공통적인 문제로 남는다.Although the understanding of fatigue progress has been greatly improved, fatigue remains a very common problem for engineers who need to design, build, operate and maintain components and structures.

피로수명에 영항을 미치는 많은 요인들이 있는데, 상용 하중 (service load)의 특징, 재료의 물성치, 구성부품내의 응력 분포, 구성부품의 표면 마무리, 작업환경과 손상 축적 과정 등을 들 수 있다. 피로 수명 분석 모델에 있어서 수명에 영향을 미치는 요인들은 수명 추정에서 몇 가지 방법으로 고려되어야 한다.There are many factors that affect fatigue life, including the characteristics of service loads, material properties, stress distributions in components, surface finish of components, working environment and damage accumulation processes. In the fatigue life analysis model, factors affecting life should be considered in several ways in life estimation.

전통적으로, 작용 하중 (applied load)이 작으면 소성 변형 (plastic strain) 역시 작으며, 전체적으로 무시해도 좋을 것이고, 따라서 파손에 이르는 사이클 수(피로수명)는 크다 (대체로 >100000). 그래서 이것은 고사이클 피로 (High Cycle Fatigue : 이하 HCF라 함)로 분류된다. 한편, 하중이 보다 높아지면 소성 변형은 탄성 변형에 필적하게 되고, 보다 적은 사이클에서 부품은 파손되는데, 이를 저사이클 피로 (Low Cycle Fatigue : 이하 LCF라 함)라 한다. 이와 같이 HCF와 LCF는 상이한 특징을 가지고 있지만 하중조건이 불규칙적인 실제 적용상태에서는 가끔 서로 구별하기 어렵다.Traditionally, small applied loads also result in small plastic strains, which can be ignored as a whole, and thus the number of cycles (fatigue life) leading to failure is large (typically> 100000). So this is classified as High Cycle Fatigue (hereinafter referred to as HCF). At higher loads, on the other hand, plastic deformation is comparable to elastic deformation, and parts break in less cycles, which is referred to as low cycle fatigue (hereinafter referred to as LCF). As such, HCF and LCF have different characteristics, but in actual applications with irregular loading conditions, it is sometimes difficult to distinguish them from each other.

금속재료에서의 피로 파손 진행과정 (fatigue failure process)은 균열 개시 (crack initiation), 균열 성장 (crack growth) 및 최종 파괴의 3단계로 나누어진다. 그래서 구성부품 또는 구조물의 피로 수명은 대개 균열 개시 수명과 균열 성장 (crack growth (propagation)) 수명의 2부분으로 구성된다. 비록 이것이 일반적으로 수용되어 왔다고는 하나 무엇이 균열 개시인지에 대한 정확한 정의는 여전히 논쟁의 여지가 있다.The fatigue failure process in metal materials is divided into three stages: crack initiation, crack growth and final failure. Thus, the fatigue life of a component or structure usually consists of two parts: crack initiation life and crack growth (propagation) life. Although this has been generally accepted, the exact definition of what is the crack initiation is still controversial.

특히 유지보수와 정밀검사 분야에 종사하는 엔지니어는 균열 개시를 탐지할 수 있는 공학적 크기의 균열의 출현으로 정의하기를 선호한다. 한편, 파괴 역학 분석가는 균열 개시를 미소 핵형성 (micro-nucleation)으로 간주한다.Engineers in the maintenance and overhaul areas in particular prefer to define the emergence of engineered cracks that can detect crack initiation. Fracture mechanics analysts, on the other hand, regard crack initiation as micro-nucleation.

균열 개시 수명은 보통 전통적인 피로 접근법들에 의해 취급될 수 있다. 개시 장소와 시간은 일관성 없는 성질과 피로의 국부적인 특징들에 기인하는 얼마간의 불확실성을 가지고 있다. 개시 수명은 구조물 형태와 개시 정의에 따른 구조물의 총 피로수명의 대부분 (50-80%)을 차지한다.Crack initiation life can usually be handled by traditional fatigue approaches. The place and time of initiation have some uncertainty due to inconsistent nature and local features of fatigue. Initiation life accounts for the majority (50-80%) of the total fatigue life of the structure according to the structure type and initiation definition.

실제, 피로에 대한 많은 연구는 균열개시와 전파를 구별하지 않고, 전통적인 피로 접근법에서는 이들 전부를 피로 수명으로 고려하는 것이 전형적이다. 파괴 역학이 제대로 확립되고 균열성장을 분석하기 위하여 사용된 후에야 전통적인 피로 접근법이 균열 개시 분석을 위해 사용되기 시작했다. 연속 손상 역학 (continuous damage mechanics) 역시 균열 개시 분석에 사용되었으나 공학계에서는 여전히 받아들여지지 않고 있다.Indeed, many studies of fatigue do not distinguish between crack initiation and propagation, and traditional fatigue approaches typically consider all of them as fatigue life. Only after failure mechanics were well established and used to analyze crack growth, traditional fatigue approaches began to be used for crack initiation analysis. Continuous damage mechanics have also been used in crack initiation analysis but are still not accepted by the engineering community.

안정된 균열 성장 단계라고 불리는 피로의 두 번째 단계 역시 개시의 정의와 구조물 구성부품들의 성질에 의존하는 총 피로수명의 20-80%를 소비한다The second stage of fatigue, called the stable crack growth stage, also consumes 20-80% of the total fatigue life, depending on the definition of initiation and the properties of the structural components.

한편 불안정한 파괴인 세 번째 단계는 기계 부품의 최종 파손에 이르게 한다.On the other hand, the third stage of unstable breakdown leads to the final breakdown of the mechanical parts.

비록 짧은 균열 거동 (short crack behavior)도 주의 깊게 고려되어야 하지만 파괴 역학(Fracture Mechanics : FM) 개념들은 고려할만한 균열 길이의 성장과 최종 파괴의 특징을 나타내기 위하여 사용될 수 있다.Although short crack behavior should also be carefully considered, Fracture Mechanics (FM) concepts can be used to characterize the growth of the crack and the characteristics of the resulting fractures.

피로 수명 예측에는 두 가지 다른 접근법이 있는데, 경험적인 수명 곡선에 기초한 전통적인 피로 접근법 (Palmgren-Miner 방식, 이하 PM 접근법이라 함)과 경험적인 da/dN-곡선 (Paris-Erdogan 방식)을 갖는 파괴 역학 접근 (FM 접근법이라 함)이 그것이다. PM 접근법은 어떻게 수명 곡선이 얻어지느냐에 따른 요소(element)의 총 수명 또는 개시 수명을 예측할 수 있다. 하지만 FM 접근법은 전파 위상 (propagation phase)만을 다룬다.There are two different approaches to fatigue life prediction: the traditional fatigue approach based on empirical life curves (Palmgren-Miner method, hereinafter referred to as PM approach) and empirical da / dN-. This is the fracture mechanics approach (called the FM approach) with a curve (Paris-Erdogan method). The PM approach can predict the total or starting life of an element depending on how the life curve is obtained. The FM approach, however, deals only with propagation phases.

상세한 피로 수명 예측 방법을 논의하기 전에 일반적인 개념을 개괄한다.Before discussing detailed fatigue life prediction methods, a general concept is outlined.

일반적인 고려사항으로, 대부분의 경험적인 피로 조사들에 있어, 시편은 보통 일정한 진폭을 갖는 사인곡선의 응력 변화하에서 시험되나, 현실의 외부 하중은 항상 불규칙하다. 따라서 실험실의 실험 결과를 구조물에서의 피로 파손 예측에 적용하기 위해서는 변화하는 진폭을 갖는 연속하는 응력 사이클로 인한 손상 기여에대한 얼마간의 가정이 필요하다As a general consideration, for most empirical fatigue investigations, the specimen is usually tested under sinusoidal stress changes with constant amplitude, but the actual external load is always irregular. Therefore, in order to apply the experimental results of the laboratory to the prediction of fatigue failure in the structure, some assumptions about the damage contribution due to the continuous stress cycles with varying amplitudes are necessary.

FM 접근법에서는 각 사이클에 의해 영향을 받는 손상 d는 물리적인 소리와 측정할 수 있는 균열 길이 증분 da로서 쉽게 정의될 수 있다. 그러나 전통적인 PM 접근법에서는 물리적으로 의미있는 손상은 아직 정의되지 않았다. 오직 일반적으로 인정되고 있는 손상은 d=1/Ni로 추정된다. 여기서 Ni는 적절한 Wohler 곡선 또는 S-N 도표에 의해 결정된 파손에 이르기까지 사이클 수이다In the FM approach, the damage d affected by each cycle can be easily defined as physical sound and measurable crack length increments da. However, in the traditional PM approach, physically significant damage has not yet been defined. Only generally accepted damage is assumed to be d = 1 / Ni. Where Ni is the number of cycles to failure determined by the appropriate Wohler curve or S-N plot

모든 (또는 반) 사이클에 대한 손상은 선형 축적 법칙 (Miner의 법칙)에 따르는 것으로 가정된다. 즉, 전체 손상은 모든 사이클에 의한 손상의 합계이다. 이것은 PM 접근법과 FM 접근법 모두 동일하다. FM 접근법에서 균열의 길이는 정확하게 모든 균열 증분의 합이다. 그러나, 추정된 피로 손상을 증명할 수 있는 증거가 없는 PM 접근법에서도 또한 이 규칙에 따른다. 제안된 다른 축적 규칙들이 있지만, 이들 역시 확실한 물리적인 의미는 부족하다. 따라서 해석의 용이함으로 인해 Miner 규칙이 여전히 가장 널리 사용된다Damage to all (or half) cycles is assumed to comply with the law of linear accumulation (Miner's law). That is, the total damage is the sum of the damage by all cycles. This is the same for both the PM and FM approaches. The crack length in the FM approach is exactly the sum of all crack increments. However, the PM approach also follows this rule where there is no evidence to prove the estimated fatigue damage. There are other accumulation rules proposed, but they also lack a clear physical meaning. Therefore, Miner rules are still the most widely used because of their ease of interpretation.

수명 계산을 종결시키는데 임계조건이 이용된다. PM 접근법에서 임계 손상 조건은 이론적으로 가정된 손상 정의에 기초하여 D=1로서 고려된다. 상대적인 Miner 법칙이라 불리는 D=상수로의 변경은 종종 실제 하중 스펙트럼 내에서의 변화들을 설명하기 위해 행해진다. FM 접근법에서는 임계 조건은 파괴 인성치 (fracture toughness : Kc) 또는 임계 균열 길이일 수 있고, 이 둘 다 의미 있는 재료 물성치이다. FM 접근법 역시 조건으로 지정한 균열 길이에 이르는 수명을 원하는 대로 (필요한 만큼) 계산할 수 있는 융통성을 가지고 있다.Critical conditions are used to terminate life calculations. Critical damage conditions in the PM approach are considered as D = 1 based on the theoretically assumed damage definition. The change to D = constant, called the relative Miner law, is often done to account for changes in the actual load spectrum. In the FM approach, the critical condition can be fracture toughness (Kc) or critical crack length, both of which are meaningful material properties. The FM approach also has the flexibility to calculate (as needed) the lifetime to the conditional crack length.

PM 접근법과 FM 접근법 모두 재료 물성을 특징지우기 위하여 실험실에서의 시험에 의존한다. 그러나 재료 물성을 특징지우는 방법에 있어서는 완전히 다르다. PM 접근법은 직접적으로 시험된 수명곡선에 기초하나, 파괴 역학 접근법은 균열 성장률 데이터 da/dN 곡선에 기초한다. 곡선 피팅 기술은 보통 어떤 근접한 형태 해답을 얻기 위하여 재료 물성치를 제공하는데 사용된다. 이러한 곡선에 대한 상세한 것은 이후 다른 예측 방법을 논의할 때 각각 설명하기로 한다.Both the PM and FM approaches rely on laboratory tests to characterize material properties. However, the method of characterizing material properties is completely different. The PM approach is based directly on the life curve tested, while the fracture mechanics approach is based on crack growth data da / dN curves. Curve fitting techniques are commonly used to provide material properties in order to obtain some approximate shape solution. Details of these curves will be explained later when discussing different prediction methods.

먼저, PM 접근법에 대하여 설명하면, PM 접근법에는 명목상의 응력 접근법과 국부 변형 방법이 있다.First, the PM approach is described. There are nominal stress approaches and local strain methods.

명목상의 응력 (S-N 곡선) 접근법은 비록 그 원력이 응력 레이저 (stress raiser)-시편이나 구조물에서 응력 집중을 받는 곳-에서 항복 응력 (yield stress)을 초과할지라도 구조물은 아주 적은 (명목만의) 탄성 응력을 받는 HCF에 주로 사용된다. 이 접근법이 오랜 기간 채용됨으로써 다른 조건들 하의 다른 재료들에 대해 많은 S-N 곡선이 생성되었다.The nominal stress (SN curve) approach shows that the structure is very small (nominal only), although the force exceeds the yield stress at the stress raiser (where stress concentrations occur in the specimen or structure). Mainly used for HCF subjected to elastic stress. This approach has been employed for a long time resulting in many S-N curves for different materials under different conditions.

Wohler S-N 곡선은 특정 기하 (즉, 응력 집중 계수 Kt)에 대해 얻어진다. 이것은 파손시 (또는 균열 개시시) 사이클 수를 나타낸다. 모든 사이클은 시험에서 고정된 응력 범위 또는 진폭을 갖게 되고 하나의 시편은 곡선상에 한점을 나타낸다. 그래서 하나의 S-N 곡선은 여러 개의 시편을 필요로 한다. S-N곡선은 기하 의존이기 때문에 다른 S-N 곡선들은 다른 응력 집중에 대해 사용되어야 한다. 도 1은 전형적인 S-N 곡선을 나타낸 것이다. 응력 범위 S 아래일수록 수명 N 보다 더길다. 모든 곡선들은 분석적이고, 이중 대수 (double-logarithmic) 형태이며, 아래와 같이 표현되는 기본 곡선 I에 기초한다.The Wohler SN curve is obtained for a specific geometry (ie stress concentration factor Kt). This is the number of cycles at break (or at crack initiation) Indicates. Every cycle has a fixed stress range or amplitude in the test and one specimen represents one point on the curve. Thus, one SN curve requires several specimens. Since the SN curve is geometric dependent, different SN curves should be used for different stress concentrations. 1 shows a typical SN curve. Below the stress range S is longer than the life N. All curves are analytical, double-logarithmic and based on the basic curve I, expressed below.

한편, 국부 변형 방법은 구조물에서의 국부 원력이 항복 응력을 초과하는 LCF에 사용하기 위하여 주로 고려된다. 이 방법은 구성부품 피로 수명을 예측하는데 성공적으로 사용되어 왔다. 비록 국부 변형 방법이 개념에 있어서 S-N 국선 방법과 비슷하지만, 몇 가지 점에서 S-N 곡선 방법과 구별한다.Local deformation methods, on the other hand, are primarily considered for use in LCFs where the local force in the structure exceeds the yield stress. This method has been used successfully to predict component fatigue life. Although the local deformation method is similar in concept to the S-N trunk line method, it differs from the S-N curve method in several ways.

변형 수명 곡선 (strain-life curve) 역시 일반적으로 경험에 의해 얻어지나, 데이터는 변형 구성 요소에 따라 처리된다. 변형은 탄성 부분과 소성 부분으로 나눌 수 있고, 수명곡선은 일반적으로 아래의 Manson-Coffin 형 방정식과 일치된다.Strain-life curves are also generally obtained by experience, but the data are processed according to the strain component. Deformation can be divided into elastic and plastic parts, and the life curve is generally consistent with the Manson-Coffin equation below.

여기서,,, b, c는 각각 재료 물성치, 피로 강도와 연성 계수 및 지수를 나타낸 것이다.here, , , b and c represent material properties, fatigue strength and ductility coefficients and indexes, respectively.

파괴역학의 피로에의 적용 배후의 기본 가정은 균열 성장이 응력 확대계수 K의 변화에 관련이 있다는 것이다. K의 계산은 모든 FM 방법에 공통되는 일이다.The basic assumption behind the application of fracture mechanics to fatigue is that crack growth is related to the change in stress intensity factor K. The calculation of K is common to all FM methods.

일반적으로 응력 확대계수는 다음과 같이 표현된다In general, the stress intensity factor is expressed as

여기서 β는 주어진 균열 형상에 대한 형상계수 (geometry factor)이다.Where β is the geometry factor for a given crack shape.

다른 기하학적 영향의 중첩 (superposition)을 기술하기 위하여 β는 다음의 형태로 다시 쓸 수 있다.To describe the superposition of different geometrical effects, β can be rewritten in the form

FM 접근법에는 비지연 방법(non-retardation methods), 지연/가속 방법이 있다. 또한 비지연 방법에는 Paris 방식, Forman의 방식, Walker의 방식 등이 있으며, 지연/가속 방법에는 Wheeler 모델, Willenborg 모델, Elber의 균열 닫힘 개념, Willenborg-Chang 모델, HeQingZhi 모델 등이 있다.FM approaches include non-retardation methods and delay / acceleration methods. Non-delay methods include Paris, Forman, and Walker. Delay / acceleration methods include Wheeler, Willenborg, Elber's crack closure concept, Willenborg-Chang, and HeQingZhi.

먼저, 비지연 방법에 대해 설명한다.First, the non-delay method is described.

비지연 방법에 있어서, 균열 성장의 Paris-Erdogan 법칙 (Paris 방식)은 가장 일반적인 방법이다.In the non-delay method, the Paris-Erdogan law of crack growth (Paris method) is the most common method.

여기서, C와 m은 응력비 R을 명기하기 위하여 실험실의 시험으로부터 유도된 경험적인 상수이다.Where C and m are empirical constants derived from laboratory tests to specify the stress ratio R.

Paris 방식이 응력비 R의 변화를 허용하지 않기 때문에 Forman은 응력비 R과 불안정 상태 Kc에 가까운 빠른 균열 성장의 영향 모두를 고려하기 위하여 다음의 방정식을 제안하였다.Since the Paris method does not allow changes in the stress ratio R, Forman proposed the following equation to consider both the effect of rapid crack growth close to the stress ratio R and the unstable state Kc.

Walker 방식은 음의 응력비 R 부분을 포함하고, 그들을 다음과 같이 취급한다.The Walker method includes the negative stress ratio R part and treats them as follows.

여기서 C, m, p 및 q는 각각 다른 응력비하의 시험 데이터로부터 유도된 재료의 물성치이다Where C, m, p and q are the properties of the material derived from test data under different stress ratios, respectively.

지연/가속 방법을 설명한다.Describe the delay / acceleration method.

지연/가속 모델들은 다른 하중 사이클 사이의 상호작용을 고려한다. 그래서 피로 수명은 사이클마다 법선 (normal) 적분되어야 한다.Delay / acceleration models consider the interaction between different load cycles. So the fatigue life should be normal integrated every cycle.

Wheeler 모델에서는, da/dN(ret.)=Cw*da/dN(no ret.)과 같이 지연 계수를 최초의 균열 성장률에 단순히 곱함으로써 큰 초과 하중 사이클에 의해 유발된 지연만이 고려된다. 지연 계수는 균열 끝 전방의 소성 구역 크기 r 의 개념으로부터 다음과 계산된다.In the Wheeler model, only delays caused by large overload cycles are considered by simply multiplying the initial crack growth rate by the delay coefficient, such as da / dN (ret.) = Cw * da / dN (no ret.). The retardation coefficient is calculated from the concept of the plastic zone size r in front of the crack tip.

여기서 아래첨자 i와 0은 현재 사이클에서와 초과하중 (overload) 사이클에서의 파라메터에 관하여 설명한 것이다. 지수 n은 경험에 의해 결정된다.The subscripts i and 0 here describe the parameters in the current cycle and in the overload cycle. The index n is determined by experience.

한편, Elber는 균열 닫힘을 처음으로 주목하였고, 처음으로 응력비의 영향을 고려하기 위하여 유효 응력 범위 개념 제안하였다. 유효 응력 확대 범위는 다음과 같이 표현된다.Elber paid attention to crack closure for the first time and proposed the effective stress range concept to consider the effect of stress ratio for the first time. The effective stress magnification range is expressed as follows.

Elber는 또한 항공기 재료로 사용되는 알루미늄 2024-T3 시트에 대해 다음과 같이 표현하였다.Elber also expressed the following for an aluminum 2024-T3 sheet used as an aircraft material:

Newman은 이 모델을 스펙트럼 하중 (spectrum loading)에 대한 FEM을 통하여 한사이클 한사이클의 균열 열림(닫힘) 응력을 계산하기 위하여 더 발전시켰다. FEM 한사이클 한사이클에 의한 균열 닫힘 계산은 너무 비용이 많이 들고, 공학적으로 복잡하여, 일정한 균열 닫힘 모델을 제안한 사람도 있으나 이것은 너무 단순하여 개개의 사이클 사이의 실제 상호작용을 고려할 수는 없다. 이상적인 모델은 균열닫힘(열림) 응력을 쉽게 계산할 수 있어야 하지만 여전히 한사이클 한사이클 계산하여야 한다.Newman further developed this model to calculate crack open stress for one cycle and one cycle through FEM for spectrum loading. The calculation of crack closure by one cycle of FEM cycles is too expensive and engineering complex, and some have proposed a constant crack closure model, but this is too simple to consider the actual interaction between individual cycles. The ideal model should be able to easily calculate the crack closure (opening) stress, but still calculate one cycle one cycle.

원래 Willenborg의 모델은 유효 응력 개념을 갖는 소성 영역의 크기를 결합함으로써 Wheeler의 모델을 개량한 것이다. 초과 하중에 기인하여 지연된 균열 성장률은 유효 응력비와 유효 응력 확대 범위를 Forman의 방정식으로 치환함으로써 보정된다.Willenborg's model was originally a modification of Wheeler's model by combining the size of the plastic zone with the concept of effective stress. The crack growth rate delayed due to the excess load is the effective stress ratio And effective stress magnification range Is corrected by substituting for the equation of Forman.

를 계산하기 위한 방정식은 아래와 같다. Wow The equation for calculating is

여기서,은 평면 응력,는 평면 변형에 대한 것이다.here, Silver plane stress, Is for plane deformation.

위의 수학식 13, 14를 수정한 일반화된 Willenborg 모델은 다음과 같다.The generalized Willenborg model, modified from Equations 13 and 14, is as follows.

여기서,에 대한 임계치, c는 초과 하중에 대한 컷 오프 값이며, 둘 다 시험 데이터에 의해 결정된 재료의 물성치이다.here, Is Threshold for, c is the cut-off value for excess load, both of which are properties of the material determined by the test data.

Wheeler 모델과 Willenborg 모델 둘다 양의 초과 하중에 의해 유발된 지연 효과만 계산할 수 있다.Both the Wheeler and Willenborg models can only calculate the delay effects caused by positive overloads.

Chang이 양 및 음의 R 효과를 고려하기 위하여 음의 유효 응력비를 갖는 Walker 방식을 사용함으로써 Willenborg 모델을 수정하였는데, 이는 일반적으로 Willenborg-Chang 모델이라 불린다. 사용된 모든 식들은 수학식 15에서 음의 값을 영으로 두지 않고 그대로 유지하는 것을 제외하고 Willenborg 모델과 동일하다.Chang modified the Willenborg model by using a Walker method with a negative effective stress ratio to account for the positive and negative R effects, which is commonly called the Willenborg-Chang model. All of the equations used are the same as the Willenborg model, except in Eq. 15 the negative values are left unchanged.

HeQingZhi 모델은 소성 구역에서 잔류 압축 응력 개념 (residual compress stress concept)을 이용하였고, 또한 응력 완화 (stress relaxation)를 고려하였다. 유효 응력 확대 범위가 HeQZ 방식에 따라 계산되는 한 어떠한 균열 성장 방정식이라도 이 모델과 함께 사용될 수 있다.The HeQingZhi model uses the residual compress stress concept in the plastic zone and also takes into account stress relaxation. Any crack growth equation can be used with this model as long as the effective stress magnification range is calculated according to the HeQZ method.

유효 응력 확대 범위에 대한 보정계수 U 는 다음과 같이 공식화 된다.The correction factor U for the effective stress extension range is formulated as:

여기서, α는 응력 완화 계수이며, 다음과 같이 표현된다.Is the stress relaxation coefficient and is expressed as follows.

그런데, 상술한 바와 같은 구조물의 피로수명 예측 모델을 이용하여 피로수명을 예측하는 모든 컴퓨터 분석 프로그램은 전통적인 피로 (균열 개시) 문제와 균열 성장 문제를 별개로 취급한다.However, all computer analysis programs that predict fatigue life using the fatigue life prediction model of the structures described above treat the traditional fatigue (crack initiation) problem and the crack growth problem separately.

또한 균열 성장 분석 프로그램에 관한한 어떤 분석 프로그램은 특수한 모델들을 통합시키긴 하지만 대부분의 기존 모델들을 통합시키는 능력이 거의 없다. 예를 들면, Broek 의 프로그램은 Elber의 균열 닫힘 모델이 포함되지 않는다.Also, when it comes to crack growth analysis programs, some analysis programs incorporate specific models but have little ability to integrate most existing models. Broek's program, for example, does not include Elber's crack closure model.

그리고 분석 프로그램 대부분은 시험 자료 처리 루틴을 통합 부분으로서 포함하는 것이 아니라 사용자가 수작업으로 시험 자료를 처리하거나 다른 소프트웨어 패키지를 사용하도록 한다.And most analysis programs do not include test data processing routines as an integral part, but allow users to manually process test data or use other software packages.

따라서, 기존 모델들을 통합시키는 한편 균열 개시와 균열 성장을 동시에 해석할 수 있는 통합된 피로수명 예측 방법이 요구되었다.Therefore, there is a need for an integrated fatigue life prediction method that can integrate crack models and analyze crack initiation and crack growth simultaneously.

이와 같은 요구에 의해 개발된 본 발명의 목적은, 각 재료의 물성치를 이용하여 시편 종류에 따른 수명을 예측함에 있어 균열 개시의 예측 및 균열 성장 분석을 하나로 통합한 피로수명 예측 방법을 제공하는 것이다.An object of the present invention developed by such a demand is to provide a fatigue life prediction method incorporating the prediction of crack initiation and the crack growth analysis in predicting the lifespan according to the specimen type using the properties of each material.

도 1은 전형적인 S-N 곡선을 나타낸 도1 shows a typical S-N curve

도 2는 본 발명의 피로수명 예측 방법의 전체 흐름도2 is an overall flow chart of the fatigue life prediction method of the present invention

도 3은 피로 개시 예측의 흐름도3 is a flow chart of fatigue onset prediction

도 4는 균열 성장 분석의 흐름도4 is a flow chart of crack growth analysis

도 5는 도 4의 수명산정 과정을 나타낸 흐름도5 is a flowchart illustrating a life calculation process of FIG.

도 6은 본 발명의 피로수명 예측 방법을 구체화시킨 응용 프로그램의 주화면을 나타낸 도6 is a diagram showing a main screen of an application program embodying the fatigue life prediction method of the present invention;

도 7a 및 도 7b는 일정진폭하중에서의 피로실험과 FLP를 이용한 피로 수명의 결과 비교도7a and 7b is a comparison of the results of fatigue life using FLP and constant fatigue load at constant amplitude load

도 8a 및 도 8b는 과대/과소하중에서의 피로 실험과 FLP를 이용한 피로 수명의 결과 비교도8a and 8b is a comparison of the results of the fatigue test using the FLP and the fatigue test under excessive / underload

상술한 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 피로수명 예측 방법은 균열 개시와 성장 분석을 동시에 해석할 수 있도록 통합하였으며, 다음과 같은 특징이 있다.In order to achieve the above object, the fatigue life prediction method of the present invention is integrated to analyze the crack initiation and growth analysis at the same time, and has the following characteristics.

첫째, 균열 성장 분석에 관한 한 본 발명의 피로수명 예측 방법은 균열 성장 분석에 대부분의 기존 모델들을 통합하였으며, 더욱이 대부분의 서로 다른 모델들을 다른 분석 요구조건들에 적합하도록 실용적으로 함께 결합할 수 있도록 하였다.First, when it comes to crack growth analysis, the fatigue life prediction method of the present invention integrates most existing models in crack growth analysis, and furthermore, it is possible to combine most different models practically together to suit different analysis requirements. It was.

둘째, 본 발명자들이 최근에 개발된 Chen-Lee 모델과 다른 어떤 분석 프로그램에서도 허용하지 않는 상호작용구역 (interactive zone) 개념을 갖는 개선된 모델들을 포함시켰다.Second, we included improved models with the concept of interactive zones that the inventors have not recently allowed in the recently developed Chen-Lee model.

셋째, 본 발명의 피로수명 예측 방법은 모델들 및 그들의 파라미터들이 보다 일관되게 사용되도록 하기 위하여 da/dN 시험 자료 처리 (곡선 피팅)를 통합된 패키지로 포함시켰으며, 윈도즈95에 기반을 두고 Fortran power station 및 Visual C++ 언어로 개발되었다.Third, the fatigue life prediction method of the present invention includes da / dN test data processing (curve fitting) in an integrated package to ensure that the models and their parameters are used more consistently. Developed in station and Visual C ++ languages.

본 발명의 피로수명 예측 방법은 크게 결함이 없는 구조에서 균열이 처음 나타나는 수명을 예측하는 피로 개시 예측과 균열이 성장하는 수명을 예측, 즉 파괴되기까지의 수명을 예측하는 균열 성장 분석 두 부분으로 나뉘어져 있다. 또한 방식의 종류 (RateFoumula), 응력의 상태 (Correction), 시편의 종류 (Geometry) 등으로 해석하기 편하게 나누어져 있고, 임계치 효과도 해석할 수 있다.The fatigue life prediction method of the present invention is divided into two parts, a fatigue initiation prediction that predicts the first life of cracking in a defect-free structure and a crack growth analysis that predicts the life of crack growth, that is, a prediction of the life to fracture. have. In addition, it is divided into the type of method (RateFoumula), the state of stress (Correction), the type of specimen (Geometry), etc., and the threshold effect can be analyzed.

닫힘 모델에는 Elber, Newman, Davidson, Chen-Lee, Elber-Chen-Lee 등의 모델을 포함한다. 여기서 Chen-Lee 등의 모델은 아직까지 발표되지 않은 모델이다.Closed models include Elber, Newman, Davidson, Chen-Lee, Elber-Chen-Lee, and others. Here, Chen-Lee et al. Models are not released yet.

Chen-Lee 모델 등은 Elber의 균열 닫힘 효과를 고려한 모델로서 간략하게 언급하면 하중 상호작용의 영향을 예측하는데 중요한 과대하중에 의한 소성 영역과 Elber의 닫힘 개념과 관계된 잔류 응력의 영향을 포함하고 있다. 다시 말해서 과대하중 후에 균열 닫힘 원력이 커진다고 가정하는 과대하중 지연현상을 설명한다. 또한 기존의 지연모델과 비교해 보면 기존 모델들의 피로 균열 성장 수명 예측이 한번의 초과(과대)/과소하중(overload/underload)에는 비교적 적용이 가능하지만 여러 번의 과대/과소하중 (좀 더 불규칙적인)에서는 잘 맞지 않는 것과 달리 복잡한 하중 조건에도 성공적으로 적용될 수 있는 모델이다.The Chen-Lee model, etc., considers Elber's crack closure effect, which, briefly, contains the effects of plastic stress due to overload and residual stresses related to Elber's closure concept, which are important for predicting the effects of load interactions. In other words, the overload delay phenomena assuming that the crack closing force increases after overload. In addition, the fatigue crack growth life prediction of the existing models is relatively applicable to one overload / underload compared to the conventional retardation model, but at several overload / underload (more irregular) Contrary to poor fit, the model can be successfully applied to complex loading conditions.

상호작용 모델에도 Wheeler 모델과 Willenborg 모델과 같은 일반적으로 알려진 모델을 원형, 개량된 것, I.Z. 개념 등을 포함한 것 등으로 분류하여 해석할 수 있도록 하였으며, 시편의 종류에는 ASTM (American Society for Testing & Materials)에서 규정하고 있는 대표적인 시편 -CCT (Center Cracked Tension), CT (Compact Tension), 3포인트 벤드 (3 point bend)- 및 표면 균열 등 다양한 모양의 시편을 예측할 수 있도록 하였다.The interaction model is also a prototype, refinement of commonly known models such as the Wheeler model and the Willenborg model, I.Z. It is classified to include concepts, etc., and it is possible to analyze.For the types of specimens, representative specimens specified by ASTM (American Society for Testing & Materials) -CCT (Center Cracked Tension), CT (Compact Tension), 3 points Specimens of various shapes such as bend (3 point bend) and surface cracks can be predicted.

본 발명의 피로수명 예측 방법은 많은 모듈들로 이루어지며, 각 모듈들은 다른 태스크 (task)를 수행하므로 서로 다른 입력 파일과 출력 파일을 갖는다. 또한 사용자의 메뉴 항목 선택 및/또는 입력 데이터에 의하여 제어되며, 다음과 같은 태스크를 수행할 수 있다.The fatigue life prediction method of the present invention is composed of many modules, and each module performs different tasks, and thus has different input files and output files. Also controlled by the user's menu item selection and / or input data, the following tasks can be performed.

1.CCT, CT, SENB (3포인트 벤드)의 표준 시편, 스티펀드 판넬 (stiffend panel)을 포함하는 일정한 미리 실행된 기하적 구성-피로 시험에서 꼭 필요한 자료, 예를 들면 폭, 두께, 초기 균열 길이, 최종 균열 길이 등을 파일로서 입력하거나 직접 입력창을 통해 입력할 수 있다-에 대해 응력 확대 계수 (SIF)에 사용된 형상 함수들을 계산하고, 균열된 선을 따라서 정해지지 않은 응력 분포를 Green 함수 적분을 사용하여 계산한다. 1. CCT, CT, SENB (3 point bend) of the standard specimen, styryl funds panel (stiffend panel) certain pre-run the geometric configurations, including - necessary data, for example, the width, thickness and initial crack in the fatigue test Calculate the shape functions used in the stress intensity factor (SIF) for length, final crack length, etc. as a file or directly through the input window, and calculate the undefined stress distribution along the cracked line. Calculate using the integral.

상세하게는 메뉴에서 균열 성장을 선택한 다음 부메뉴에서 기하를 선택하고, 기하 데이터 파일 (geometry-data-file)명의 입력 요구에 응하여 파일명을 입력하한 후, 다음단계에서 폭, 초기 균열 길이, 최종 균열 길이, 두께 등을 입력하면 균열 길이에 대비하여 '형상 함수' 값이 계산된다. 계산된 값은 .dat 확장자를 갖는 기하 데이터 파일 (geometry-data-file)명으로 저장된다.Specifically, select Crack Growth from the menu, then select Geometry from the submenu, enter the file name in response to the geometry-data-file name input request, and in the next step, Width, Initial Crack Length, and Final Crack. Entering length, thickness, etc. calculates the 'shape function' value for the crack length. The calculated value is stored as a geometry-data-file name with a .dat extension.

2.상술한 기하 구성에 관하여 SIF 범위를 대비하여 da/dN 관계를 얻기 위하여 일정한 진폭 (CA) 피로 균열 성장 시험 (a-N) 데이터를 처리한다. 이 경우에는 수 표 (numerical tables) 형식이 사용될 수 있다. 2. Process the constant amplitude (CA) fatigue crack growth test (aN) data to obtain the da / dN relationship for the SIF ranges for the geometries described above. In this case, numerical tables may be used.

상세하게는 메뉴에서 균열 성장을 선택한 다음 부메뉴에서 '물성치 입력(RateData)', '파일에서 (from file)'를 순차적으로 선택하고, 물성치 데이터 파일 (rate-data-file)명의 입력 요구에 응하여 파일명을 입력하면, SIF 범위를 대비하여 da/dN 값이 계산된다. 계산된 값은 .dat 확장자를 갖는 물성치 데이터 파일 (rate-data-file)명으로 저장된다.In detail, select the crack growth in the menu, then select 'RateData' and 'from file' in the sub-menus sequentially, and in response to the input request of the rate-data-file name. If a file name is entered, the da / dN value is calculated for the SIF range. The calculated value is stored as a rate-data-file name with a .dat extension.

3.근접한 형식의 방식들을 피팅 (fitting)하고 이들에 대응하는 파라미터들을 결정한다. Paris 법칙이 내정된 방식이고, 사용자의 선택에 따라 Paris, Forman, Walker, Forman-Walker 또는 단순히 수 표를 이용할 수 있다. 3. Fit the approaches of the closest form and determine the corresponding parameters. The rules of Paris are fixed, and you can use Paris, Forman, Walker, Forman-Walker or simply a check at your option.

상세하게는 메뉴항목에서 균열 성장을 선택한 다음 부 메뉴에서 '방식 (Rateformula)'을 선택하여 파라미터 피팅을 수행하기 위한 기존의 방식을 선택한다.In detail, select the crack growth from the menu item and then select 'Rateformula' from the submenu to select an existing method for performing parametric fitting.

만약, 기본 모델에 변경이 필요한 경우, 즉 실제의 하중조건과 같이 불규칙적인 하중에 대하여 해석하는 경우에는 부메뉴에서 '보정 (correction)을 선택하고, 적당한 변경 모델을 선택한다. 변경에는 임계치, 응력 상태, 균열 닫힘, 다양한 하중 상호작용 모델 (지연과 역가소성 모두) 등이 포함되어 수행된다. 동시에 몇 가지 다른 변경이 필요하면 '보정' 부메뉴를 여러번 반복하면 된다.If the basic model needs to be changed, i.e. if it is analyzed for irregular loads such as the actual load conditions, select 'correction' from the sub-menu and select the appropriate change model. Modifications include thresholds, stress states, crack closures, and various load interaction models (both delay and plasticity). If you need to make some other changes at the same time, simply repeat the 'Calibration' submenu several times.

어떤 방식에 적합하도록 하기 위해 SIF 범위를 대비하여 da/dN의 데이터를 알 필요가 있으므로 이후는 두 번째 태스크와 동일하다.Since it is necessary to know da / dN data in preparation for the SIF range in order to be suitable for some method, it is the same as the second task.

피팅(fitting)된 파라미터들과 입력 시험 데이터와 비교된 SIF 범위를 대비하여 계산된 da/dN이 .dat 확장자를 갖는 물성치 데이터 파일 (rate-data-file)명으로 저장된다.Computed da / dN against the fitted parameters and the SIF range compared to the input test data is stored as a rate-data-file name with a .dat extension.

4.균열 성장 (파괴 역학) 분석 접근법에 기초한 다양한 피로 하중 스펙트럼 하에서 피로수명을 계산한다. 다양한 하중 상호작용 모델들이 실행되고 다른 상태에 적합하도록 사용될 수 있다. 4. Calculate fatigue life under various fatigue load spectra based on the crack growth (fracture mechanics) analytical approach. Various load interaction models can be implemented and used to suit different conditions.

피로수명을 계산하기 위해서는 먼저, 하중 데이터를 입력하기 전에 상기 세 번째 태스크를 위해 필요한 모든 단계들을 따른다. 하중 명세는 '하중 준비 파일 (load-ready file)' 메뉴 선택에 의해 하중 파일로부터 입력된다. 최종적으로 '균열 성장' 메뉴와 '수명산정' 부메뉴의 선택으로 수명산정이 수행된다. 필요한 데이터가 모두 준비되어야 수명산정 메뉴의 클릭이 가능하게 된다.To calculate the fatigue life, first follow all the necessary steps for the third task before entering the load data. Load specifications are entered from the load file by selecting the 'load-ready file' menu. Finally, the lifespan calculation is performed by selecting the 'crack growth' menu and the 'life calculation' submenu. Once all the necessary data has been prepared, the life calculation menu can be clicked.

5.S-N 곡선과 국부 변형 수명 접근법들을 포함한 균열 개시 (전통적인 피로) 분석 접근법에 기초한 다양한 피로 하중 스텍트럼하에서 피로 수명을 계산한다. 5. Calculate fatigue life under various fatigue load spectrums based on crack initiation (traditional fatigue) analysis approaches, including SN curves and local strain life approaches.

상세하게는 우선, 메뉴항목에서 '균열 개시'를 선택한 다음 부메뉴에서 '제어 데이터 (control parameters)', '파일에서 (from file)'를 선택하고, control-parameter-file명의 입력 요구에 응하여 파일명을 입력하고, 또 메뉴항목에서 '균열 개시'를 선택한 다음 부메뉴에서 '재료 물성치 (Material properties)', '파일에서 (from file)'를 선택하고, 물성치 데이터 파일(property-data-file)명의 입력 요구에 응하여 파일명을 입력한다. 하중 명세는 '하중 준비 파일 (load-readyfile)' 메뉴 선택에 의해 하중 파일로부터 입력한다.In detail, first of all, select 'Start Crack' from the menu item, then select 'control parameters' and 'from file' from the submenu, and in response to the input request of the control-parameter-file name, In the menu item, select 'Start Crack' from the menu item, then select 'Material properties', 'from file' in the submenu, and select the property-data-file name. Enter the file name in response to the input request. Load specifications are entered from the load file by selecting the 'load-readyfile' menu.

최종적으로 '균열 개시' 메뉴와 'S-N 수명' 또는 '변형 수명(strain life)' 부메뉴의 선택으로 수명 계산이 수행된다. 필요한 데이터가 모두 입력되지 않으면 수명 계산 메뉴들은 비활성상태가 된다.Finally, life calculations are performed with the choice of 'crack initiation' menu and 'S-N life' or 'strain life' submenus. If all required data is not entered, the life calculation menus are inactive.

이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 피로수명 예측 방법을 상세하게 설명한다. 도 2는 본 발명의 피로수명 예측 방법의 전체 흐름도이고, 도 3은 피로 개시 예측 과정의 흐름도이며, 도 4는 균열 성장 분석 과정의 흐름도이고, 도 5는 수명산정 과정의 흐름도이며, 도 6은 본 발명의 피로수명 예측 방법을 구체화시킨 응용 프로그램의 주화면을 나타낸 것이다.Hereinafter, a fatigue life prediction method of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. 2 is a flowchart of a fatigue life prediction method of the present invention, FIG. 3 is a flowchart of a fatigue initiation prediction process, FIG. 4 is a flowchart of a crack growth analysis process, FIG. 5 is a flowchart of a life calculation process, and FIG. The main screen of the application program embodying the fatigue life prediction method of the present invention is shown.

도 2에 나타낸 바와 같이 본 발명은 피로 개시 예측과 균열 성장 분석 두 부분으로 나뉘어져 있으며, 먼저 도 3를 참조하여 피로 개시 예측에 대해 설명한다.As shown in FIG. 2, the present invention is divided into fatigue initiation prediction and crack growth analysis, and the fatigue initiation prediction is described first with reference to FIG. 3.

피로 개시 예측은 크게 제어 데이터를 입력하는 과정과, 재료 물성치를 입력하는 과정과, 사용자의 선택에 따라 S-N 수명 또는 변형 수명(strain life)을 예측하는 과정을 포함하여 구성된다.The fatigue initiation prediction largely includes a process of inputting control data, a process of inputting material properties, and a process of predicting S-N life or strain life according to a user's selection.

상세하게 설명하면, 먼저 피로 개시 예측에 필요한 제어 데이터를 입력한다. 제어 데이터는 미리 작성된 파일 및/또는 직접 입력이 가능하다. 즉, 미리 작성된 파일을 읽어오거나 메뉴에서 제어 데이터(Control data)를 선택하여 직접 입력이 가능하며, 작성된 파일을 읽어 수정할 수도 있다. 피로 개시 예측에 필요한 제어 데이터는 다음과 같다.In detail, first, control data required for fatigue start prediction is input. The control data can be entered in advance and / or directly in the file. In other words, a file prepared in advance may be read or control data may be directly input by selecting control data from a menu, or a prepared file may be read and modified. The control data necessary for predicting fatigue onset is as follows.

1. 수명곡선: 변형 수명곡선, S-N 수명곡선, 수정된 S-N 수명곡선 중에서 선택한다.1. Life curve: Choose from the modified life curve, S-N life curve, or modified S-N life curve.

2. S-N 방법을 이용하는 경우 평균 응력 효과 (mean stress effect)를 평가하기 위한 등가 수명 방식 (equal-life formula) : 선형 곡선, 포물선 곡선 중에서 선택한다.2. When using the S-N method, an equal-life formula for evaluating the mean stress effect is selected from linear and parabolic curves.

3. 사이클 계수 방법 (cycle counting method)3. Cycle counting method

4. 플라이츠 (flights blocks)의 다른 종류의 수를 입력한다.4. Enter the number of different types of flights blocks.

5. 한 스펙트럼 주기내의 플라이츠 (또는 block loading case에 대한 사이클들)를 입력한다.5. Enter the plies (or cycles for the block loading case) within one spectral period.

6. 인터폴레이션 데이터 지시 (interpolation data indication) : 인터폴레이션 데이터가 없으면 0, 변형-N 곡선에 대한 인터폴레이션 데이터인 경우에는 1, 주기적인 응력-변형 곡선에 대한 인터폴레이션 데이터인 경우에는 2를 입력한다.6. Interpolation data indication: Enter 0 for no interpolation data, 1 for interpolation data for strain-N curves, or 2 for interpolation data for periodic stress-strain curves.

7. 인터폴레이션 데이터 점의 수7. Number of Interpolation Data Points

8. 하중-응력 변환 상태 수 (계수) 등 이다.8. The number of load-stress transformation states (coefficients).

이어서, 변형 수명 방법 또는 S-N 방법을 이용하여 피로 개시 예측을 함에 있어 필요한 재료 물성치를 입력한다. 재료 물성치에 대한 입력 데이터 역시 파일 및/또는 직접입력이 가능함은 물론이다.Subsequently, material property values necessary for predicting fatigue onset using the strain life method or the S-N method are input. Of course, input data on material properties can also be directly inputted by file and / or.

변형 수명 방법을 이용하여 피로 개시 예측을 하는 경우 필요한 재료의 물성치는 다음과 같다.When predicting fatigue initiation using the strain life method, the physical properties of the material are as follows.

1. 피로 강도 계수 (fatigue strength coefficient : σf)1.fatigue strength coefficient (σ f )

2. 피로 연성 계수 (fatigue ductility coefficient : εf)2. Fatigue ductility coefficient (ε f )

3. 피로 강도 지수 (fatigue strength exponent : b)3. fatigue strength exponent (b)

4. 피로 연성 지수 (fatigue ductility exponent : c)4. fatigue ductility exponent: c)

5. 영의 계수 (Young's modulus : E) 또는 탄성계수5. Young's modulus (E) or modulus of elasticity

6. 변형 경화 계수 (strain hardening coefficient : K')6. strain hardening coefficient (K ')

7. 변형 경화 지수 (strain hardening exponent : n')7. strain hardening exponent (n ')

8. 응력 집중 계수 (stress concentration factor : Kt)8. stress concentration factor (K t )

9. 응력 변형 해 (stress-strain solution)에 대한 허용 오차 (반복 수렴 기준 (iteration convergency criterion) 등 이다.9. Tolerances for stress-strain solutions (iteration convergency criterion, etc.).

또한 S-N 방법을 이용하여 피로 개시 예측을 하는 경우 필요한 재료의 물성치는 다음과 같다.In addition, when the fatigue start prediction using the S-N method, the physical properties of the material required are as follows.

1. 등가 수명 곡선에 사용된 정적 강도 (static strength : ST)1. Static strength (ST) used for equivalent life curve

2. S-N 곡선 응력비 (S-N curve stress ratio : R)2.S-N curve stress ratio (R)

3. S-N 곡선 지수 (S-N curve exponent : B)3.S-N curve exponent (B)

4. S-N 곡선 상수 (S-N curve constant : A)4.S-N curve constant (A)

5. 영의 계수 (Young's modulus : E) 또는 탄성계수5. Young's modulus (E) or modulus of elasticity

6. S-N 곡선 전환점 응력 (S-N curve turning point stress : SB)6.S-N curve turning point stress (SB)

7. S-N 한계 lgN (S-N limit lgN : SN2)7.S-N limit lgN (S-N limit lgN: SN2)

8. 방정식 해에 대한 오차 (residual error for equation solution : RSE)8. residual error for equation solution (RSE)

9. 무작위 수 종자 0--1 (random number seed : AAA)9. Random number seed (AAA)

10. S-N 곡선에서 응력에 대한 치수 인자 (scale factor for stress in S-N curve : TS)10.Scale factor for stress in S-N curve (TS)

11. 등가 수명 방식에서의 지수 (exponent in equal-life equation : QM) 등이다. 여기서 TS와 QM은 등가 수명 방정식에서 대개 1.0과 2.0이 사용된다.11. Exponent in equal-life equation (QM). Where TS and QM are usually 1.0 and 2.0 in the equivalent lifetime equation.

이와 같이 제어 변수 입력 및 재료 물성치 입력이 모두 완료되면 사용자의 선택에 따라 입력된 데이터를 이용하여 S-N 수명 또는 변형 수명의 예측을 수행하고, .dat라는 확장자가 붙어서 그 외의 계산 결과 즉, da/dN, 형상함수 (β) 등이 출력된다.As such, when both the control variable input and the material property input are completed, the SN life or the deformation life is predicted using the input data according to the user's selection, and the extension of .dat is added to other calculation results, that is, da / dN , Shape function β and the like are output.

도 3을 참조하여 균열 성장 분석에 대해 설명한다.The crack growth analysis will be described with reference to FIG. 3.

균열 성장 분석은 응력 확대계수에 사용된 형상 함수를 계산하기 위한 기하파라미터를 입력하는 과정과, da/dN을 계산하기 위한 재료의 물성치를 입력하는 과정과, 수명산정 (Life Accumulation)을 위한 하중조건을 입력하는 과정과, 입력된 데이터를 이용하여 수명을 산정하는 과정으로 이루어지며, 모든 과정들은 별개의 모듈로 구성되기 때문에 수명산정을 수행하는 경우를 제외하고는 어느 것을 먼저 수행하여도 무관하다.Crack growth analysis involves inputting geometric parameters to calculate the shape function used for stress intensity factor, inputting material properties to calculate da / dN, and loading conditions for life accumulation. It consists of the process of inputting the data and calculating the lifespan using the inputted data, and all the processes are composed of separate modules, so it is irrelevant to perform any one except when the lifespan calculation is performed.

또한 상기 수명산정 과정은 균열 성장 분석에 적용할 방식의 종류를 선택하는 단계와, 필요에 따라 선택된 방식에서의 요소들을 보정하는 단계와, 수명산정을 위한 기하 파라미터 (geometry parameter), 재료의 물성치 및 하중 조건이 입력되어 있지 않은 경우 이들을 입력하는 단계 및 입력된 데이터를 이용하여 수명 계산을 수행하는 단계로 이루어진다.In addition, the life estimation process includes selecting a type of a method to be applied to the crack growth analysis, calibrating elements in the selected method as needed, geometry parameters for life estimation, material properties, and If the load conditions are not entered, the method includes inputting them and performing a life calculation using the input data.

먼저, 응력확대계수에 사용된 형상 함수를 계산하기 위한 기하 파라미터를 입력하는 과정에서는 필요한 기하 파라미터를 입력하면 자동으로 응력확대계수에 사용된 균열 길이에 대비한 형상함수가 계산되어 .dat 확장자를 갖는 기하 데이터 파일명으로 저장된다.First, in the process of inputting the geometric parameters for calculating the shape function used in the stress intensity factor, when the necessary geometric parameters are entered, the shape function is automatically calculated for the crack length used in the stress intensity factor and has a .dat extension. It is stored as the geometry data file name.

형상 함수의 계산에 필요한 기하 파라미터는 다음과 같다.The geometric parameters required for the calculation of the shape function are as follows.

1. β를 계산하는 동안 적용되는 기하 또는 하중 스케일 변환을 위한 편의 계수 (convenient coefficient)를 제공하는 상수 인자 (constant factor);1. a constant factor that provides a convenient coefficient for the geometric or load scale transformation applied during the calculation of β;

또한 β 인자를 계산하기 위한 기하 인덱스의 입력이 요구된다.It is also required to input a geometric index to calculate the β factor.

사용되는 기하 인덱스의 값을 정리하면 상술한 표 1과 같고, 경우에 따라 다른 인덱스를 더 추가할 수 있으며, '0'은 끝을 나타내는 표지로 사용할 수 있다.When the values of the geometric indexes used are summarized as in Table 1 above, another index may be added in some cases, and '0' may be used as a mark indicating the end.

2. 정형 폭 (finite width : W) 즉, SEN의 폭 또는 CCT 판금 폭의 반;2. finite width (W), ie half the width of the SEN or the width of the CCT sheet metal;

3. 두께;3. thickness;

4. 초기 균열 길이 (a0);4. Initial crack length (a 0 );

5. 최종 균열 길이 (af);5. final crack length (a f );

기하인덱스 값Geometric index value 의미meaning 1One 기하 파라메터에서 상수인자를 사용하는 경우When using constant arguments in geometric parameters 22 정형폭 보정(finite width correction)을 사용하는 경우When to use finite width correction 33 선형 인터폴레이션을 사용하는 β ~ a/w 수 표Β to a / w check using linear interpolation 44 타원형 표면 균열 기하(elliptic surface crack geometry)Elliptic surface crack geometry 55 콤팩트 장력 시편(CT specimen)기하(기준 하중이 '실제 하중' 임)Compact specimen geometry (CT specimen) geometry (reference load is 'actual load') 66 콤팩트 장력 시편(CT specimen)기하(기준 하중이 '실제 하중' 임)Compact specimen geometry (CT specimen) geometry (reference load is 'actual load') 77 SENB (3 포인트 벤딩) 시편 기하 (S=4W인 표준 스팬, 기준 하중 : 적용점 힘)SENB (3-Point Bending) Specimen Geometry (Standard Span with S = 4W, Reference Load: Application Point Force) 88 중앙 세로보하에 균열을 갖는 등가 스티펀드 판넬 (Panel I by Poe)Equivalent Stiffened Panels with Cracks Under Central Stringers 99 분포된 응력표 대한 표 (stress ~ x)Table of Distributed Stress Tables (stress to x) 1010 II 사이에 균열을 갖는 스티펀드 판넬 Stiffened panel (II by Poe)Stiffened panel with cracks between II (II by Poe) 1111 비파괴된 단일 세로보를 갖는 판넬 (III by Bloom)Panels with non-destructive single stringers (III by Bloom) 1212 단일 파괴 세로보를 갖는 판넬(IV by Bloom);IV by Bloom with a single breaking stringer; 1313 등가 스티펀드 판넬, 비파괴 중앙 세로보 (I by Swift)Equal Steeppanel, Non-Destructive Central Stringer (I by Swift) 1414 등가 스티펀드 판넬, 비파괴 중앙 세로보 (I by Swift)Equal Steeppanel, Non-Destructive Central Stringer (I by Swift)

6. 타원형 표면 균열의 준장축 (semi-long axial of an elliptic surface crack : c);6. semi-long axial of an elliptic surface crack (c);

7. 세로보 사이의 거리 (distance between stringers : b);7. distance between stringers (b);

8. 데이터 테이블의 열 수 (NCOL) 또는 판넬의 반에서 세로보의 수 ( NSTRG);8. Number of columns in the data table (NCOL) or number of stringers in half of the panel (NSTRG);

9. 데이터 테이블에서의 행(점) 수 (number of rows (points) in data table : NPTS) 또는 판넬의 반에서 부서진 세로보의 수 (NBROK);9. number of rows (points) in data table (NPTS) or number of stringers broken in half of the panel (NBROK);

10. 세로보 스티프니스 (stringer stiffness : (EA)2 );10. stringer stiffness (EA) 2;

11. 판넬에 대한 영의 계수 (Young's Modulus : E1); 및11. Young's Modulus (E1) on the panel; And

12. 세로보 리벳 거리 (stringer fixed (rivet) distance : h) 이다.12. Stringer rivet distance (stringer fixed (rivet) distance: h).

이어서, da/dN을 계산하기 위한 재료의 물성치를 입력하는 과정에서 재료 물성치 데이터를 입력하면 자동으로 SIF 범위를 대비하여 da/dN 값이 계산된다. 계산된 값은 .dat 확장자를 갖는 물성치 데이터 파일명으로 저장된다.Subsequently, when the material property data is input in the process of inputting the material property of the material for calculating da / dN, the da / dN value is automatically calculated in preparation for the SIF range. The calculated value is stored as a property data file name with a .dat extension.

da/dN의 계산에 필요한 재료 물성치 데이터는 다음과 같다.The material property data required for the calculation of da / dN are as follows.

1. 재료의 인성 (근사) 임계치 (a (near) critical value of material toughness: Kc);1. a (near) critical value of material toughness (Kc);

2. ΔK에 대한 임계치 (ΔKth);2. Threshold for ΔK (ΔKth);

3. Kmax에 대한 임계치 (Kmaxth);3. Threshold (Kmaxth) for Kmax;

4. 응력 초과하중 차단 점 (stress overload cut-off point (Willenborg 모델을 사용하고, 값이 2~4인 경우) : Rc);4. stress overload cut-off point (when using the Willenborg model and the value is 2-4): Rc);

5. Wheeler 모델 지수(m);5. Wheeler model index (m);

6. 항복 응력 (σy);6. yield stress (σy);

7. 방식 계수 (rate formula coefficient (Paris, Forman & Walker) : C);7. rate formula coefficient (Paris, Forman & Walker): C);

8. 방식 지수 (rate formula exponent (모든 방식) : n);8. rate formula exponent (all ways): n);

9. Walker 모델에서 Kmax와 조합되는 지수 (exponent associated with Kmax in Walker Model : q); 및9. exponent associated with Kmax in Walker Model (q); And

10. 음의 R 율을 갖는 Walker 방정식에 대한 C,n,q 등이다.10. C, n, q, etc. for the Walker equation with a negative R rate.

이외에도 균열 성장률의 데이터에 대한 응력비의 개수 (NR)의 입력이 요구되는데, 균열 성장 데이터에 대한 입력이 없으면 NR을 '0'으로 할 수 있다.In addition, input of the number of stress ratios (NR) to the data of the crack growth rate is required. If there is no input to the crack growth data, NR can be set to '0'.

계속하여, 피로수명을 산정하기 위해서는 하중조건을 입력한다. 피로수명을 산정하기 위해 요구되는 하중조건은 다음과 같다.Subsequently, load conditions are input to calculate fatigue life. The load conditions required to calculate the fatigue life are as follows.

1. 시작 사이클 수 (NZERO,대개 0);1. Number of start cycles (NZERO, usually 0);

2. flight-by-flight 하중 스펙트럼에서 flights의 총 수 (NFLITE) 또는 프로그램된 블럭 하중 스펙트럼에 대한 반복 수 (블럭 내에 진폭(amplitude )일정함)2. The total number of flights in the flight-by-flight load spectrum (NFLITE) or the number of repetitions for the programmed block load spectrum (constant amplitude within the block).

3. 하중 스펙트럼 타입 (LOADS)3. Load Spectrum Type (LOADS)

(1) LOADS='MAXMIN'은 내정된 하중 타입으로 하중 스펙트럼은 몇몇 하중 블럭에 의해 최대 하중과 최소 하중의 조건이 지정된다. 하중 블럭은 5개의 수 (SIGMAX, SIGMIN, CYCLES, NINT, NPRINT)를 포함하며, 각각 최대 하중, 최소 하중, 블럭내 사이클 수, 사이클 적분 간격 및 사이클 결과 출력 간격을 의미한다.(1) LOADS = 'MAXMIN' is a nominal load type and the load spectrum is specified by some load blocks under the conditions of maximum load and minimum load. The load block contains five numbers (SIGMAX, SIGMIN, CYCLES, NINT, NPRINT), which represent the maximum load, minimum load, number of cycles in the block, cycle integration interval and cycle result output interval.

(2) LOADS='RANGE'인 경우 하중 스펙트럼은 응력 범위와 주기율 R의 조건을 지정한다.(2) When LOADS = 'RANGE', the load spectrum specifies the conditions of the stress range and the periodicity R.

각각은 하중 블럭에 대해 5개의 수 (TSUBA, R, CYCLES, NINT, NPRINT)를 포함하고 있으며, 각각은 블럭의 응력 범위 (double amplitude), 주기율 ( Sigma-min/Sigma max), 블럭내 사이클 수, 사이클 적분 간격 및 사이클 결과 출력 간격을 의미한다.Each contains five numbers (TSUBA, R, CYCLES, NINT, NPRINT) for the load block, each of which has a double amplitude, block (sigma-min / Sigma max), and number of cycles in the block. , Cycle integration interval and cycle result output interval.

(3) LOADS='FLBYFL'인 경우 하중 스펙트럼은 다시 일련의 최고-최저점 (peak-valley points)들로 구성되는 다른 flights에 의해 공동으로 조건으로서 지정된다. 최고-최저점에 근접한 것이 반드시 완전한 사이클을 형성하는 것이 아니기 때문에 사용자는 이하의 다른 선택을 할 수도 있다.(3) When LOADS = 'FLBYFL', the load spectrum is again jointly specified as a condition by another flight consisting of a series of peak-valley points. Since the proximity to the highest-lowest point does not necessarily form a complete cycle, the user may make the following other choices.

먼저, 정수인 NG는 어떻게 피로 사이클을 형성하는지를 지시하기 위해 읽혀진다.First, the integer NG is read to indicate how to form a fatigue cycle.

NG=1 : 하중하에서와 무하중하에서의 반전이 같은 방식으로 균열을 성장시킨다고 가정하여 균열 성장은 모든 하중 반전를 통해 산정된다 (반 사이클).NG = 1: Crack growth is estimated through all load reversals (a half cycle) assuming that reversal under load and under no load cause crack growth in the same way.

NG=2 : 균열은 하중하의 반전 동안에만 성장한다고 가정하고, 무하중하의 반전은 완전히 무시한다.NG = 2: The crack is assumed to grow only during reversal under load, and the reversal under no load is completely ignored.

NG=3: 레인플로 방법 (Rain Flow Method)에 의해 피로 사이클을 계수한다.NG = 3: Fatigue cycle is counted by the Rain Flow Method.

이어서, 스펙트럼 내의 다른 flight 타입들의 수 (NTYPE)와 이 스펙트럼의 전 구간에서의 총 flights의 수 (NFLGH)를 읽혀진다.Then, the number of different flight types (NTYPE) in the spectrum and the total number of flights (NFLGH) in all sections of the spectrum are read.

마지막으로 각 flight 타입에 대해 flight 타입에 관한 하중 데이터를 가지고 있는 파일명 (PN)과 스펙트럼의 전 구간에서의 해당 flight 타입에 대한 반복 회수 (IY)가 추가된다.Finally, for each flight type, a file name (PN) containing the load data for the flight type and the number of iterations (IY) for that flight type across the spectrum are added.

피로 수명 분석에 필요한 모든 데이터가 입력된 후, 선택된 방식에 따라 수명산정(Life Accumulation)이 이루어지고, 그 결과가 출력된다.After all the data required for fatigue life analysis have been entered, Life Accumulation is made according to the selected method, and the result is output.

수명산정 과정은 상술한 응력 확대계수에 사용된 형상 함수를 계산하기 위한 기하파라미터, da/dN을 계산하기 위한 재료의 물성치 및 수명산정에 필요한 하중조건이 모두 입력된 상태에서도 수행이 가능하나 수명계산에 필요한 기하파라미터, da/dN을 계산하기 위한 재료의 물성치 및 하중조건을 수명산정 과정에서도 입력할 수 있다.The life calculation process can be performed even when all of the geometric parameters for calculating the shape function used in the above stress intensity factor, the material properties of the material for calculating the da / dN, and the load conditions necessary for the life calculation are entered. The geometrical parameters, the material properties and loading conditions for the calculation of da / dN can also be entered in the life calculation process.

이하에서는 도 5를 참조하여 피로수명을 산정하는 과정에 대하여 설명한다.Hereinafter, a process of calculating fatigue life will be described with reference to FIG. 5.

먼저, 균열 성장 분석에 적용할 방식을 선택한다. 선택가능한 방식으로는 Tabular, Paris, Forman, Walker, Forman-Walker 등이 있다.First, the method to be applied to the crack growth analysis is selected. Available options include Tabular, Paris, Forman, Walker, and Forman-Walker.

계속하여 보정을 필요로 하는 요소가 있으면 보정을 수행한다.If there is an element that needs to be corrected, the correction is performed.

보정 가능한 요소들에는 응력 상태 (stress state), 임계치 (threshold), 닫힘 모델(closure models), 상호작용 모델(interaction models) 등이 있으며, 응력 상태에서는 fixed plane, fixed plane ..., selfadjust st..., reversedp... 을 보정할 수 있고, 임계치에서 ΔKth, Kmax 임계치를 보정할 수 있으며, 닫힘 모델에서 Elber, Newman, Davidson, Chen-Lee 및 Elber-Chen-Lee 모델을 보정 가능하며, 상호작용 모델에서 Wheeler models, Willenborg/Chang, HeQZ model, Chen-Lee, Elber-Chen-Lee 모델을 보정할 수 있다.Elements that can be corrected include stress state, threshold, closure models, interaction models, etc. In stress state fixed plane, fixed plane ..., selfadjust st. .., reversedp ... can be calibrated, ΔK th , Kmax thresholds can be calibrated at the threshold, Elber, Newman, Davidson, Chen-Lee and Elber-Chen-Lee models can be calibrated in the closed models, In the interaction model, you can calibrate the Wheeler models, Willenborg / Chang, HeQZ model, Chen-Lee, and Elber-Chen-Lee models.

피로수명 분석에 필요한 기하 파라미터 및 재료 물성치는 앞서 설명한 형상함수 계산에서의 기하 파라미터와 da/dN 계산에서의 재료 물성치와 동일하며, 기하 파라미터, 재료 물성치 및 하중조건이 미리 입력되어 있지 않은 경우에는 수명산정에서 입력할 수 있으며, 모든 필요한 작업이 갖추어지면 입력데이터에 상응하는 수명이 자동으로 계산된다.The geometric parameters and material properties required for fatigue life analysis are the same as the geometric parameters in the shape function calculations and the material properties in the da / dN calculations described above, and if the geometric parameters, material properties and loading conditions are not entered in advance, This can be entered in the calculation, and once all the necessary work is in place, the corresponding lifetime is automatically calculated.

만약 필요한 데이터가 입력되지 않으면 수명산정은 이루어지지 않는다. 수명산정을 실행하면 계산된 모든 결과가 출력파일의 형태로 저장되게 되는데 위에서 언급한 것처럼 각각의 해석과정에 있어서 모든 입력파일(기하, 하중조건, 물성치입력 등)은 뒤에 .dat라는 확장자로 저장되고 처음 정해준 출력파일(output file)에는 각각 단계에서의 모든 결과가 저장된다. 즉, 기하 입력파일에는 기하와 관계된 계산결과가 기하파일명.dat라는 파일의 생성과 함께 저장되고, 하중 입력파일에는 하중조건에 관계된 계산결과가 하중파일명.dat라는 파일을 생성하며 저장되게 된다. 이 모든 계산결과는 위에서 언급한 것처럼 처음 지정한 출력파일에도 저장된다.If the required data are not entered, no lifespan calculations are made. When the life calculation is executed, all the calculated results are saved in the form of output file. As mentioned above, in each analysis process, all input files (geometry, load condition, property value input, etc.) are saved with the extension .dat later. The first output file you specify stores all the results from each step. That is, the geometric input file stores the calculation results related to the geometry together with the generation of a file named geometric file name.dat, and the calculation result related to the load conditions is generated and stored in the load input file as the load file name.dat. All of these calculations are also stored in the first output file specified above.

이하에서 본 발명의 피로수명 예측 방법을 이용한 시험 결과에 대하여 살펴보면, 도 7a 및 도 7b는 일정진폭하중에서 피로실험과 본 발명의 피로수명 예측 방법을 이용한 피로 수명의 비교 결과도로서, 도 7a의 da/dN-ΔK 곡선과 도 7b의 a-N 곡선 모두 실험 결과와 본 발명의 피로수명 예측 방법을 이용한 예측이 비슷함을 알 수 있다.Referring to the test results using the fatigue life prediction method of the present invention below, Figures 7a and 7b is a comparison result of the fatigue life using the fatigue life prediction method and the fatigue life prediction method of the present invention at a constant amplitude load, Figure 7a It can be seen that both the da / dN-ΔK curve and the aN curve of FIG. 7B are similar to the experimental results and the prediction using the fatigue life prediction method of the present invention.

또한 도 8a 및 도 8b는 과대/과소하중에서의 피로 실험과 본 발명의 피로수명 예측 방법을 이용한 피로 수명의 비교 결과도로서, 도 8a는 여러 번의 과대하중을 적용한 피로실험과 본 발명의 피로수명 예측 방법에서 Chen-Lee 모델을 선택하여 예측한 결과를 비교한 것이고, 도 8b는 여러 번의 과대/과소하중을 적용한 피로 실험과 Wheeler, Willenborg, HeQz, Chen-Lee 등의 모델을 비교한 결과이다. 피로 실험의 수행결과에 의하면 기존의 Wheeler, Willenborg 등의 모델이 한번의 과대하중에서는 적용가능하나 더 불규칙적인 여러 번의 과대/과소하중하에서는 Chen-Lee 모델이 더 높은 신뢰도를 가짐을 알 수 있다.8A and 8B are comparison results of fatigue life using the fatigue test under excessive / underload and the fatigue life prediction method of the present invention, and FIG. 8A shows the fatigue test and fatigue life of the present invention in which multiple overloads are applied. In the prediction method, the result of selecting the Chen-Lee model was compared and predicted, and FIG. 8B is a result of comparing the fatigue test with multiple over / underloads and the models of Wheeler, Willenborg, HeQz, Chen-Lee, and the like. The fatigue test results show that the existing Wheeler, Willenborg, etc. models are applicable to one overload, but Chen-Lee model has higher reliability under several more irregular overload / underload.

상술한 바와 같은 본 발명의 피로수명 예측 방법은 균열 개시의 예측 및 균열 성장 분석을 하나로 통합하고, 또 균열 성장 분석에서 기존 균열 성장 모델의 대부분을 통합하며, 균열 성장 모델들 및 그들의 파라미터들이 보다 일관되게 사용되도록 하기 위하여 da/dN 시험 자료 처리 (곡선 피팅)를 통합된 패키지로 포함시킴으로써 균열 개시 예측과 균열 성장 분석을 동시에 해석할 수 있어 구조물의 피로수명 예측시의 매우 편리하다.The fatigue life prediction method of the present invention as described above integrates the prediction of crack initiation and crack growth analysis into one, and integrates most of the existing crack growth models in crack growth analysis, and the crack growth models and their parameters are more consistent. Integrating da / dN test data processing (curve fitting) into an integrated package for simultaneous use allows simultaneous analysis of crack initiation and crack growth analysis, making it very convenient for predicting fatigue life of structures.

본 발명은 특정의 실시예와 관련하여 도시 및 설명하였지만, 특허청구범위에 의해 나타난 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 개조 및 변화가 가능하다는 것을 당업계에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구나 쉽게 알 수 있을 것이다.While the invention has been shown and described with respect to particular embodiments, it will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations can be made without departing from the spirit and scope of the invention as set forth in the claims. Anyone can see it easily.

Claims (5)

구조물의 피로수명을 예측하는 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체로서, 상기 프로그램이 결함이 없는 구조물에 최초로 균열이 발생하는 시점을 예측하는 균열개시예측과 구조물의 균열이 성장하는 균열성장분석을 통합하고,A computer-readable recording medium recording a program for predicting fatigue life of a structure, wherein the program predicts crack initiation and predicts the time when a crack occurs in a structure without defects, and crack growth analysis in which a structure's crack grows. Integrating, a) 상기 균열개시예측이 균열계시예측에 필요한 제어 데이터 및 재료 물성치를 입력하는 과정, 균열개시예측에 적용할 방식을 선택하는 과정, 그리고 상기 입력된 데이터 및 선택된 균열개시예측 방식을 이용하여 컴퓨터 프로세서로 S-N 수명 또는 변형 수명을 계산하는 과정을 포함하고,a) the process of inputting the control data and material properties required for the crack detection prediction by the crack initiation prediction, the selection of a method to be applied to the crack initiation prediction, and the computer processor by using the input data and the selected crack initiation prediction method. Calculating the SN life or strain life, and b) 상기 균열성장분석이 응력 확대계수에 사용된 형상함수를 계산하기 위한 기하파라미터, da/dN을 계산하기 위한 기하파라미터 및 수명산정을 위한 하중 조건을 입력하는 과정, 균열성장분석에 적용할 방식의 종류를 선택하는 과정 및 상기 단계 (a)에서 얻어진 균열개시 예측결과와, 입력된 데이터 및 선택된 균열성장분석 방식을 이용하여 컴퓨터 프로세서로 균열성장분석을 수행하는 과정을 포함하는 컴퓨터 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체.b) the method of applying the crack growth analysis to the geometric parameters for calculating the shape function used for the stress intensity factor, the geometric parameters for calculating the da / dN, and the load conditions for the life estimation, and the crack growth analysis. A computer program including a process of selecting a type of a crack and a crack initiation prediction result obtained in step (a), and performing a crack growth analysis with a computer processor using the input data and the selected crack growth analysis method. Recordable media that can be read by 삭제delete 삭제delete 삭제delete 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 균열성장 분석하는데 있어서, 입력된 데이터 및 균열성장분석에 적용할 방식의 종류를 보정하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 기록매체.In the crack growth analysis, further comprising the step of correcting the input data and the type of the method to be applied to the crack growth analysis.
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