고유 소산에너지와 온도 변화에 따른 금속의 피로한도 비교

Abstract

금속의 피로시험에서 균열은 마이크로 규모부터 생성되며 열역학적 관점에서 보면 비가역적 메커니즘에 의해 균열이 발생, 에너지 소산을 동반한다[1]. 손상의 진화에 따라 금속은 더 많은 소성 에너지를 소산하기 때문 에 본 연구에서는 시편 표면온도와 고유 소산 에너지를 평가 지표로 사용하여 304 오스테나이트계 스테인리스강 의 피로한도를 평가하였다. STS 304의 피로시험을 통해 각 응력진폭에서 측정된 표면온도와 고유 소산 에너지 데 이터에 대해 피로손상 민감도, 측정 데이터 편차, 피로한도 값의 결정계수를 비교분석하였다. 고유 소산 에너지를 기반으로 구한 평가 지표는 표면온도 변화로 구한 지표에 비해 높은 신뢰도를 보였다. 5Hz 의 하중주파수에서 고 유 소산 에너지는 신뢰 가능한 피로한도 값을 보였으며, 이렇게 예측된 값은 계단식 방법으로 구한 값에 비해 10% 정도 낮은 보수적인 값을 보였다.

Abstract: When conducting a metal fatigue test, micro-cracks are generated initially. These cracks, from a thermodynamic point of view, occur due to an irreversible mechanism and are accompanied by energy dissipation [1]. Since metal dissipates plastic energy with the evolution of damage, the fatigue damage of the 304 austenitic stainless steel was analyzed by using the intrinsic dissipated energy as a parameter. The fatigue damage sensitivity, deviation in the measurement data, and the coefficient of determination of the predicted fatigue limit of STS 304 were analyzed by comparing the surface temperature and intrinsic dissipated energy data that are acquired at each stress amplitude in the fatigue test. The index obtained based on the intrinsic dissipated energy was observed to be more reliable than that based on the surface temperature difference. The behavior of the intrinsic dissipated energy at a load frequency of 5 Hz predicted a reliable fatigue limit, and the predicted value obtained a conservative value, which is about 10% lower than the value obtained by the staircase method.