다음 공식을 통해 선택한 유형, 설계, 재질 및 접합 하중에 대해 볼트 연결의 상수 강도 σ e 또는 τ e 에서 정정된 내구성 한계가 결정됩니다.
σ e = σ' e k a k b k c k d k e k f [MPa, psi]
설명:
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σ' e |
선택한 재질로 된 테스트 막대의 기본 내구성 한계 [MPa, psi] |
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k a |
표면 계수 [-] |
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k b |
크기 계수 [-] |
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k c |
신뢰도 계수 [-] |
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k d |
작업 온도 계수 [-] |
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k e |
응력 집중 수정 계수 [-] |
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k f |
기타 효과 계수 [-] |
1. 기본 내구성 한계 σ' e
선택한 용접 접합 재질의 재질 테스트 결과를 구할 수 없고 기본 내구성 한계의 정확한 값을 모르는 경우 값을 예측할 수 있습니다. 계산은 다음과 같은 경험적 공식을 사용하여 기본 내구성 한계를 설계합니다.
σ' e ≈ 0.5 S U - 반전된 굽힘의 경우
σ' e ≈ 0.4 S U - 반전된 견인 - 압력의 경우
σ' e ≈ 0.28 S U - 반전된 비틀림(전단)의 경우
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S u |
극한 인장 강도[MPa, psi] |
2. 표면 계수 k a
표면 품질에서 내구성 한계의 종속성을 설명하기 위해 피로 하중을 받는 부품의 피로 강도는 표면 품질이 증가함에 따라 증가합니다. 이 효과는 고품질 재질에서 더욱 뚜렷해집니다. 실험 곡선을 사용하여 여러 가지 기계작업 표면에 대해 재질 강도에 따라 내구성 한계의 표면 품질 효과를 설명합니다.
다음의 표준 품질 용접 접합 곡선은 ka 계수를 결정하는 데 사용됩니다.
3. 크기 계수 k b
접합 크기는 반전된 견인-압력 하중을 받는 용접 접합에서 피로 강도에 영향을 주지 않습니다. 따라서 이 유형의 하중에 대한 크기 계수는 k b = 1입니다.
접합이 반전된 굽힘 또는 비틀림(전단) 하중을 받는 경우에는 접합 크기가 피로 강도에 많은 영향을 줄 수 있습니다. 접합 치수가 늘어나면 강도가 줄어듭니다.
지정된 용접 접합의 복잡한 경험적 피로 테스트를 통해서만 접합 피로 강도에 대한 용접 크기의 정확한 관계를 결정할 수 있습니다. 이것은 실질적으로 불가능합니다. 따라서 간단한 이론적 절차를 수행했습니다. 절차는 다른 지름의 부드러운 테스트 막대에서 수행한 경험적 피로 테스트에서 작성됩니다. 이 프로시저는 테스트 막대의 해당 가상 비교 지름을 특정 용접 단면에 지정할 수 있다는 이론에 따라 k b 계수의 대략적인 크기를 추정합니다.
다음은 k b 계수를 결정하는 계산 공식입니다.
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- 영국식 단위 |
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- 미터법 단위 |
여기서 다음을 수행해야 합니다.
k b ≥ 0.6
다음과 같은 경우 k b = 1
여기서 공식은 가상 비교 지름의 계산에 사용됩니다.
4. 신뢰도 계수 k c
이 계수는 작업에서 필요한 접합 신뢰도의 영향을 피로 강도의 값으로 표현합니다. 계수 값 범위는 <0.5 ... 1>이며 신뢰도에 대한 요구 사항이 늘어나면 계수가 줄어듭니다. k c = 1 값은 지정된 피로 하중을 받는 용접 접합의 실패 가능성이 50%인 50% 신뢰도에 해당합니다.
일반적인 공학 실습에서는 95%가 기계 부품의 보통의 신뢰도입니다. 접합 실패가 사람의 생명을 위협하거나 상당한 재산적 손실을 초래하는 경우 더 큰 신뢰도를 갖도록 용접 접합을 설계해야 합니다.
5. 작업 온도 계수 k d
내구성 한계에서 작업 온도의 효과는 사용되는 재질의 특성에 크게 좌우됩니다. 대략 -20 - 200°C의 범위에서 작동하는 일반적인 용도의 구조용 강은 온도에 크게 종속되는 내구성 한계를 갖지 않으며 k d = 1 계수를 사용할 수 있습니다.
높은 온도에서 피로 실패를 고려하는 설계는 일반적으로 변형, 피로 및 야금 불안정의 상호 작용이 발생하기 때문에 복잡한 문제입니다. 이 문제를 설명하는 이론적인 정보는 완벽하거나 충분하지 않습니다. k d 계수를 올바르게 결정하려면 실험 테스트 결과를 사용합니다.
6. 응력 집중 수정 계수 k e
용접 노치 효과로 인해 용접 접합이 피로 하중을 받는 경우 접합에 높은 로컬 응력 집중이 발생합니다. 이러한 집중은 접합 피로 강도를 상당히 줄여줍니다. 응력 집중 수정 계수는 k e = 1/K 공식에서 결정됩니다. 여기서 피로 강도 감소 계수 K는 용접 유형, 쉐이프, 설계, 용접 품질 및 용접 접합 하중에 따라 다릅니다. 다음은 선택한 용접 유형과 용접 하중에 대한 응력 집중 계수의 권장값입니다.
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용접 유형, 하중 방법 |
K |
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굽힘 및 견인-압력 하중을 받는 맞대기 끝 용접 |
1.2 |
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비틀림(전단) 하중을 받는 맞대기 끝 용접 |
1.8 |
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양면 맞대기 용접을 사용한 T 접합 |
2.0 |
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수직 하중을 받는 모깎기 용접 |
1.5 |
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용접 축에 평행한 하중을 받는 모깎기 용접 |
2.7 |
국부 응력 집중을 고려할 때 용접 접합에서 가장 위험한 부분은 용접과 기본 재질 사이의 변이 영역입니다. 이 이유로 용접 접합에 피로 하중이 작용하는 경우 적합한 용접 설계와 전이면의 완벽한 기계가공을 사용해야 합니다. 맞대기 용접의 잘못 용접된 루트 또는 모깎기 용접 루트에 용접되지 않은 간격은 용접 피로 수명에 바람직하지 않은 영향을 줍니다. 응력 집중 계수 크기를 설정할 때 용접 설계의 품질을 고려하십시오.
7. 기타 효과 계수 k f
용접 접합의 피로 강도를 줄이거나 늘릴 수 있는 기타 모든 효과(예: 부식의 영향)가 이 계수에 포함됩니다.