S-N 곡선/Woehler 곡선
S-N 곡선은 재료가 부서질 때까지 견딜 수 있는 하중 변화의 합을 나타냅니다. 이 곡선은 DIN 50100에 따라 일정한 진폭으로 하중을 가하는 고주기 피로 시험 (S-N 시험)을 통해 도출되며, 저주기 피로 K, 유한 수명 피로 Z, 고주기 피로 D 구간으로 나뉩니다.
이들 구간은 반복 횟수 N으로 구분됩니다.
- 저주기 피로는 100~30,000회
- 유한 수명 피로는 약 2,000,000회
- 고주기 피로는 무한대
S-N 다이어그램에서 특정 하중 증폭의 하중 변화 최대수를 판독할 수 있습니다. 이것은 재료 특성, 힘, 하중 적용 방식 (반전 압축 하중, 반전 인장 하중, 교류 하중)에 따라 달라집니다.
S-N 곡선에 대한 설명:
- Rm 정적 강도(여기서는 인장 강도)
- Sa 공칭 응력 앰프
- SaD 고주기 피로 강도
- N 견딜 수 있는 반복 횟수
- ND 모서리 하중 반복 횟수
- NG 임계 반복 횟수
- K 저주기 피로/저주기 피로 강도
- Z 유한 수명 피로/유한 수명 피로 강도
- D 고주기 피로/고주기 피로 강도
저주기 피로
저주기 피로 K는 하중 반복 횟수가 약 104 ~ 105 미만인 구간입니다.
저주기 피로 강도는 저주기 피로(LCF) 시험을 통해 측정됩니다.이 구간에서는 반복 과정에서 소성 변형이 일어나고 재료 파괴의 초기 단계가 발생할 정도로 재료와 부품에 응력을 가합니다.더 자세히 나타내기 위해 코핀-맨슨(Coffin-Manson) 모델이 사용되기도 합니다.
반복 횟수 4회 이내에 시편 파괴가 발생하는 하중을 정적 강도라고 하며, 이 역시 인장 시험을 통해 측정합니다.
유한 수명 피로
유한 수명 피로 Z는 반복 횟수가 104~2·106회인 구간입니다(재료에 따라 다름).유한 수명 피로 구간에서는 시편이 항상 파손 기준 조건(예: 크랙 또는 파괴)에 도달합니다.
유한 수명 피로 강도는 고주기 피로(HCF) 시험을 통해 측정합니다.시험 결과는 하중 증폭 1회당 하중 반복 횟수로 나타납니다.
고주기 피로 강도
고주기 피로 D는 재료가 피로나 파손의 상당한 징후 없이 반복 하중을 견딜 수 있는 응력 한도를 가리킵니다. 고주기 피로는 고주기 피로 시험 시 측정됩니다.
고주기 피로 구간에서는 한정된 반복 횟수 NG가 설정됩니다. 이 한정된 반복 횟수에 도달하기 전에 시편이 손상되면 이는 "실패"로 간주합니다. 고주기 피로 시험에서 파괴 없이 1,000,000회 이상 반복을 견뎌내는 재료는 피로 저항이 있는 것으로 간주합니다.
고주기 피로 개념에서는 정적 개념에서보다 허용 가능 응력이 훨씬 더 낮게 나타납니다.
고주기 피로 범위에서 S-N(Woehler) 곡선의 경로는 다음 3가지 유형으로 나뉩니다.
- S-N 곡선의 수평 경로: 페라이트계 강에서 두드러진 고주기 피로 강도나 장기 피로 강도가 자주 나타납니다.
- S-N 곡선이 경사가 더 낮게 더 떨어짐: 오스테나이트계 강이나 알루미늄에서 자주 나타남
- 최초 수평 경로 이후에 S-N 곡선이 약 108의 주기로 떨어집니다. 즉, 내부 결함으로 인해 표면 아래에 균열이 발생합니다.
