요약
이 블로그에서는 무작위 진동으로 인한 피로를 분석하는 데 있어 Ansys nCode의 중요성에 대해 살펴봅니다. 평균 응력을 보정하고 무작위 진동에 노출된 구조물의 수명과 내구성을 예측하는 데 nCode가 어떻게 도움이 되는지 알아보겠습니다.
피로 수명이란 무엇이며 평균 응력이 피로 수명에 미치는 영향에 대한 이해
피로 수명 은 구조물이 반복적인 하중을 견디고 고장 나기 전까지 견딜 수 있는 사이클 수를 의미합니다. 이는 특히 무작위 진동을 받는 구조물의 경우 엔지니어링 설계에서 중요한 고려 사항입니다.
피로 손상은 주기적인 하중으로 인해 구조물에 미세한 균열과 변형이 축적되는 것을 말합니다. 이러한 작은 손상을 제대로 해결하지 않으면 점차 커져 치명적인 고장으로 이어질 수 있습니다.
피로 수명과 피로 손상을 이해하는 것은 구조물의 수명과 내구성을 예측하는 데 필수적입니다. Ansys nCode는 이러한 요소를 정확하게 평가하고 예측할 수 있는 도구와 방법론을 제공하여 엔지니어가 설계를 최적화하고 장기적인 구조 무결성을 보장할 수 있도록 지원합니다.
평균 응력 는 주기적 하중을 받는 동안 구조물이 받는 평균 응력을 의미합니다. 이는 피로 균열의 성장과 전파에 큰 영향을 미칠 수 있기 때문에 피로 수명에 중요한 역할을 합니다. 피로 손상은 주로 교번 응력 범위에 의해 제어되지만 응력 주기 동안의 평균 응력도 피로 손상에 영향을 미칠 수 있습니다.
높은 인장 평균 응력 수준은 피로 손상을 가속화하고 구조물의 전체 수명을 단축시킬 수 있습니다. 반면에 평균 응력 보정은 평균 응력의 부정적인 영향을 포함하여 결과의 충실도를 향상시키는 데 도움이 될 수 있습니다.
Ansys nCode는 엔지니어가 평균 응력이 피로 수명에 미치는 영향을 고려할 수 있는 고급 평균 응력 보정 기술을 제공합니다.
Ansys nCode 설계수명 및 무작위 진동 피로 분석
그림 1: 프로젝트 회로도
무작위 진동 피로 해석을 위해 Ansys nCode DesignLife를 활성화하고 평균 응력 보정 방법을 활용하기 위해 아래에 설명된 다음 단계를 진행합니다. 또한 프로젝트 회로도는 그림 1에서 참조할 수 있습니다.
- 먼저 평균 응력이 적용되는 정적 구조 분석을 설정합니다. 이를 통해 평균 응력이 피로 수명에 미치는 영향을 설명할 수 있습니다.
- 다음으로, 구조물의 강성 변화를 설명하고 선형 동적 해석에 모드 중첩 방법을 사용할 수 있도록 프리스트레스 모달 해석을 수행합니다.
- 복잡한 응력으로부터 주파수 응답 함수(FRF)를 얻기 위해 관심 주파수 범위에 걸쳐 단위 여기로 고조파 해석을 해결합니다.
- 하중이 PSD 스펙트럼과 일치하는지 확인하는 것이 중요합니다. 이 경우 PSD 스펙트럼은 G^2/Hz로 측정되며 고조파 하중은 1g으로 설정됩니다.
- 마지막으로, 고조파 분석의 .rst 파일을 활용하고 PSD 하중을 시스템에 매핑하여 무작위 진동 결과와 피로 결과를 계산하는 nCode DesignLife 소프트웨어를 설정합니다.
그림 2: DesignLife의 해석 설정
분석 설정의 첫 번째 단계는 그림 2와 같이 평균 응력 보정 방법을 결정하는 것입니다. 평균 응력 효과를 포함하는 방법에는 크게 두 가지가 있습니다:
1. 서로 다른 평균 스트레스 수준을 사용하여 개발된 테스트 데이터에서 별개의 S-N 곡선을 사용합니다. 실제 평균 스트레스가 이 곡선 사이에 있는 경우 결과는 보간됩니다. R 비율 또는 평균 스트레스 수준을 기준으로 합니다.
2. 평균 스트레스 보정 이론을 사용하여 교대 스트레스 범위 조정하기. SN 피로에 가장 널리 사용되는 이론은 굿맨과 거버 이론입니다. S-N 테스트 데이터에는 평균 응력(R = -1)이 없는 상태에서 개발된 곡선이 포함되어야 합니다.
그림 3: 정적 구조 분석 결과를 평균 응력으로 포함하기
nCode DesignLife 분석에 포함해야 할 또 다른 중요한 단계는 정적 하중 사례 환경 옵션을 설정하는 것입니다. 정적 환경을 선택하면 그림 3과 같이 그 결과를 피로 계산을 위한 평균 응력으로 간주하여 정적 오프셋 하중 사례에서 추출한 평균 응력을 사용하여 예측된 빗물 흐름 횟수에서 모든 사이클의 평균을 이동시킬 수 있습니다.
무작위 진동 하중을 받는 구조물에 대한 평균 응력의 영향을 분석하기 위해 Ansys nCode DesignLife를 활용하는 과정을 안내하는 아래 교육용 비디오를 시청하면 귀중한 통찰력을 얻을 수 있습니다.