피로 한도의 뜻
반복 하중을 받아도 사실상 파단하지 않게 되는 응력 진폭의 한계. 탄소강에서는 10⁶~10⁷회 부근에서 나타나는 경우가 많고, 알루미늄 합금에서는 뚜렷하지 않다.
일본어 명칭: 疲労限度
‘피로 한도’ 관련 연습 문제는 2개 분야에 2문제가 있습니다(파괴 역학과 피로, 기계적 성질과 파괴 등).
이 용어의 분야: 기계적 성질과 파괴
피로 한도 연습 문제에 도전
양진 피로 한도가 σw = 300 MPa, 인장 강도가 σB = 800 MPa인 강에 평균 응력 σm = 200 MPa의 반복 응력을 가한다. 수정 굿맨 관계 σa = σw(1 − σm/σB)를 사용하면, 피로 한도에 해당하는 응력 진폭에 가장 가까운 것은 무엇인가?
- A약 281 MPa
- B약 225 MPa
- C약 100 MPa
정답과 해설 보기
정답: B. 약 225 MPa
σm/σB = 200/800 = 0.25이므로 σa = 300×(1 − 0.25) = 225 MPa입니다. 인장의 평균 응력은 균열을 벌리는 방향으로 작용하므로, 허용되는 응력 진폭은 양진(σm = 0)의 값보다 작아집니다. 수정 굿맨 선도는 세로축의 σw와 가로축의 σB를 직선으로 이은, 안전 측의 기준입니다. 약 281 MPa는 평균 응력의 비를 제곱하는 포물선인 거버(Gerber)의 관계 300×(1 − 0.25²)로 구한 값으로, 굿맨보다 위험 측의 추정입니다. 약 100 MPa는 σB 대신 σw로 나누어 버린 값입니다. 압축의 평균 응력은 피로에 오히려 유리하게 작용하는 경우가 많지만, 설계에서는 보통 그 효과를 고려하지 않습니다.
해설 속의 ‘피로 한도’
탄소강이나 저합금강에서는 S-N 곡선이 10⁶~10⁷회 부근에서 수평에 가까워지며, 그보다 낮은 응력 진폭에서는 잘 파단되지 않는 피로 한도가 나타나는 경우가 많습니다.
피로의 S-N 곡선에 대한 설명으로 옳은 것은 무엇인가?