귀하가 고민하고 계신 문제는 사실 구조물의 수명을 예측하거나 또는 수명이 단축되는 정도를 예측하는 문제에 있어서는 매우 중요한 것입니다.
특히 사용중인 구조물에 부착물을 용접하여 붙인다면 아주 신중하게 대처해야 합니다. 반복하중을 받고 있다면 더욱 그렇겠지요.
지금의 질문과 같은 잔류응력을 예측하는 것은 아주 간단합니다.
귀하가 고민하고 계신 용접 잔류응력은 "인장잔류응력"으로서 그 값은 모재의 "항복강도"와 같은 크기라고 생각하면 정확합니다. 따라서 수명예측의 경우도 이것을 고려하여 평균응력 또는 응력확대계수 등에 의한 응력비를 써서 계산하면 됩니다.
귀하와 귀사의 무궁한 발전을 기원합니다.

잔류응력에 대해 계산방법이 필요하신 모양이군요. 우선적으로 조상명 교수님께서 답변해 주신 내용으로 문제해결이 되기를 바랍니다.

혹시 용접부의 잔류응력의 분포를 필요로 하신다면 계산에 의존하는 것이 필요하겠지요. 이전에 질문하셨던 내용 중에 잔류응력을 측정하는 데는 파괴측정(홀드릴링 방법)이 일반적이므로 실제 구조물 용접부의 잔류응력분포를 측정하기는 어려울 것입니다. 따라서 국내의 여러 연구자들은 잔류응력분포를 수치적 해석을 통하여 구하고 있습니다.

특히 브라켓에 반복하중이 걸린다면 잔류응력은 용접부 수명에 영향을 미치게 될 것입니다. 용접조건 및 용접비드의 크기, 용접봉의 종류에 따라 잔류응력의 분포는 달라질 수 있으며, 또한 브라켓의 형상에 따라 하중이 걸릴 때의 최종응력분포는 영향을 받게 됩니다. 이러한 점을 고려하여 용접부를 설계하고 시공하는 것이 용접구조물 고급화의 한 방법이라 생각합니다.

그러나 불편한 것은 잔류응력의 계산이 단순하지 않다는 것입니다. 용접열에 의해 국부적으로 가열되었다가 냉각되면서 불균일한 온도분포에 따라 열팽창과 수축에 의해 잔류응력이 발생하기 때문입니다. 즉, 열탄소성(thermo-elasto-plastic)해석에 의해 구해야 하기 때문입니다. 용접중과 용접후의 온도분포도 구하고, 온도에 따른 비선형 물성치와 구속조건들을 고려하여 탄소성 해석도 수행하여야 합니다.

정밀한 잔류응력해석을 위해서는 3차원 해석을 필요로 합니다. 따라서 3차원의 비선형 미분방정식을 풀기 위해 많이 사용하는 것이 컴퓨터를 이용한 유한요소해석법입니다. 시중에 여러가지 상용 코드가 나와 있으나 관련 전문지식과 경험이 없으면 활용이 쉽지 않습니다. 시간을 두고 전문기관에서 교육을 받고 사용하시거나 해석을 의뢰하는 것을 생각해 볼 수 있습니다.

전문기관에는 상용코드 취급업체, 공공연구소, 대학 등 여러 곳이 있습니다.