조상순님의 글
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스프링에 관련하여 질문을 하려고 합니다.

Hook 형태의 인장스프링의 수명을 예측하기 위해, Hook의 목부분에 걸리는 전단응력의 최대값과 최소값을 계산하였습니다.
그리고 수명예측을 위해 전단응력의 평균과 진폭도 구했습니다.

그런데 문제는 도표편람에서 스프링의 인장강도, 전단강도(ultimate stress)는 정적데이타로 알고 있습니다

질문하고 싶은 것은 이 정적 데이터를 가지고, 수명예측을 할 경우(동적인 응력을 받을 경우) factor를 얼마나 곱해야 하는 것입니다. .(도표편람에는 인장강도는 수치로 나와 있고, 전단강도는 그래프로 되어 있어서 수치로 나와 있는 인장강도를 이용하여 전단강도로 변환하려고 합니다.)

그리고, 수명에 대한 그래프는 있는데, 식이 있으면 부탁드립니다.
(평균응력이 0 이 아닌 경우, 예: n= ?)

미리 감사드립니다.
----------------- [답 변] -------------------

현존하는 거의 대부분의 피로시험 데이터(S-N Curve)는 평균값이 0에 대한 데이터 입니다. 물론 피로 특성을 연구하기 위해 반복하중의 평균 응력에 대한 실험을 하는 경우도 많지만 일반적으로 책이나 논문에서 볼수 있는 것은 평균값이 0인 S-N Curve이며 대부분 Rotary Bending Machine에서 얻은 결과입니다.

그러나 실제 제품에 작용하는 응력은 평균값이 0이 아닌 경우가 많으며 이를 위해 평균값 보정을 실시합니다.

피로 분석은 항상 보수적으로(안전하게) 계산되기 때문에 실제 제품의 수명과 많은 차이가 발생됩니다.

현장에서 많이 사용하는 평균값 보정은 Goodman 식이 적용됩니다.

sigma_a over S_e + sigma_m over S_u =1
sigma_a는 응력진폭, sigma_m은 평균응력이며 S_e는 피로한도, S_u는 항복 응력입니다.
즉 평균응력이 0인 상태의 피로한도를 알고 있다면 평균응력이 있는 상태의 sigma_a를 구할 수 있습니다.
스프링의 작용빈도가 매우 높고 스프링이 파손되었을 경우 장비에 심각한 영향을 준다면 설계단계에서 피로 분석을 통해 스프링을 설계하고 반드시 실험을 통해 검증되어야 합니다.(동일한 환경, 구속조건 하에서)

Shot Peening등과 같은 후처리 과정으로 내피로성을 크게 향상시킬 수 있으며 괜찮은 스프링 전문 업체의 경우 피로 시험기가 구비되어 있으며 3~4일 정도 소요됩니다.

중요한 스프링의 경우 부품 개발단계에서 이러한 업체와 긴밀히 협력할 필요가 있습니다.

감사합니다.

스프링 계산과 관련된 프로그램이 있어 소개합니다.

아래의 프로그램을 참조하세요

http://www.technonet.co.kr/bbs/view.html?id=66&code=pds&start=0