[파손분석] Fretting wear의 정량적 분석

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레포트 > 공학계열
2009.08.18
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소개글

[파손분석] Fretting wear의 정량적 분석에 대한 자료입니다.

1. 서론
2. Fretting이란?
2.1. Fretting wear
2.2. Fretting fatigue
2.3. Fretting 마멸과 기계적 마멸의 구별
3. Fretting wear의 정량적 평가 방법
3.1. 이론
3.1.1. 접촉해석
3.1.2. 마멸깊이 측정모델
3.2. Fretting test
3.3. 결과

본문내용

1. 서론

Fretting 마멸은 수 의 작은 진폭을 가진 미끄럼 운동에 의해 발생하는 마멸을 말한다. 일반적으로 fretting 마멸은 리벳 및 볼트, 핀 등과 같은 체결체의 미세진동에 의해 유발된다. 이러한 체결부의 마멸은 허용 공차 이상의 마멸을 유발할 수 있으며, 피로 균열 및 fretting 피로로 이어질 수 있다. 특히 항공기와 같은 주요 구조물에서는 많은 체결체가 부품간의 체결을 위하여 사용되고 있으며, 이들 체결체 사이에서 fretting이 발생하고 있다. 주요 구조물에서의 fretting에 의한 파손은 경제적 손실 및 인명피해 등으로 이어질 수 있기 때문에 fretting 방지 방안 및 fretting 손상에 대한 수명 예측이 필요하다.
지금까지 기계부품에 대한 일반적인 피로 및 손상허용에 대한 정량적인 평가 방법은 확립되어 있지만, fretting 현상에 대한 정량적 평가는 아직 이루어지지 않고 있다. 따라서 이번 프로젝트를 통해 fretting wear의 정량적 평가 방법을 소개하고자 한다.

2. Fretting이란?

Fretting이란 접촉압력이 작용하고 있는 두 부재 사이에 피로하중 또는 진동 등의 원인으로 반복적으로 상대변위(통상적으로 접선방향)가 발생하는 현상을 말한다. 일반적으로 fretting현상은 조합된 하중이나 비 비례적인 하중이 복합적으로 작용을 하게 된다. 이 현상은 두 부재 사이에서 마모, Fretting부식, 균열발생 등의 손상을 유발시켜 이로 인해 재료의 본래 피로한도가 20~25% 정도 감소되며 fretting으로 인한 피로의 누적으로 재료의 수명을 단축시키는 요인이 되고 있다. 이러한 fretting 현상은 크게 fretting wear 와 fretting fatigue 로 분류된다.

2.1. Fretting wear

Fretting wear는 작은 진폭을 가진 미끄럼 운동에 의해 발생하는 마멸로써 리벳 및 볼트, 핀 등과 같은 체결체의 미세진동에 의해 유발되는 마멸현상이다. Fretting에 의해 마멸이 일어나면 일반적으로 마멸된 표면의 변색이 일어나고 마멸된 부분에 응력이 집중되어 최종적으로는 피로 파괴로 이어지게 된다. 아래의 그림은 구름 베어링이 궤도바퀴와 접촉부분에 마찰로 미세 미끄럼이 일어나 적색의 산화 철분이 생겨 심하게 마모된 모습으로 Fretting wear에 의한 기계부품 손상의 한 예가 된다.

그림 Fretting wear에 의한 구름베어링의 손상

2.2. Fretting fatigue

Fretting wear의 원인을 규명하는데 균열의 발생위치를 Fretting 손상계수인 인장응력, 전단응력 ,상대 미끄럼 변위와 관련짓기도 하고(Ruiz) 균열의 발생과 접선응력을 연관하여 그 원인을 규명하기도 하는 등(Lamacq) 현재 까지 알려진 것만 상대슬립 진폭, 접촉면압, 시험 편과 패드 재질, 마찰계수, 환경 및 응력, 접촉면 근방의 역학조건, 표면 상태 등 약 50종류로 고려해야 할 요소가 매우 많은 복잡한 재료의 거동이다. 이 거동은 균열발생 초기에는 경사균열로 진전하다가 내부로 진전함에 따라서 일반 피로와 동일하게 하중 축에 대하여 수직하게 균열이 진전되는 특징을 보인다.
대표적 사례로는 1988년 알로하 항공사의 B-737여객기 사고를 들 수 있겠다. 항공기의 반복적인 이착륙 과정에서 생긴 기내 압력 변화에 의해 fretting이 발생하여 비행도중 기체의 지붕이 뜯겨져 나간 이 끔찍한 사건은 세계적으로 fretting 현상이 주목받게 된 계기가 되었다. 또한 철도 차량 운행 시 굽힘, 비틀림, 충격 하중으로 인한 차축의 피로균열 발생에도 fretting현상이 미치는 영향이 큰 대표적 사례라 할 수 있다.

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