1. 피로 (疲勞, Fatigue)
ㅇ 비록 작은 힘이지만, 되풀이 하중을 오랜 시간 받으며, 응력이 누적되어, 파괴에 이르는 현상
- 통상, 재료는, 정 하중 상태에서는 문제가 되지 않는 낮은 응력 수준에서도 발생할 수 있음
* 되풀이 하중 (cyclic loading) : 반복되는 동 하중
. 부하 loading와 제하 unloading가 되풀이됨. 또는, 방향 바뀜에 의한 인장,압축
. 특징 : 재료 내부의 미세 결함이 점진적으로 성장하여, 균열 및 파괴로 이어지게 됨
* 피로 하중 (fatigue loading) : 피로를 유발하는 되풀이 하중
ㅇ 피로 한도 (Fatigue Limit, Endurance Limit)
- 특정 반복 하중에 대해 파괴되지 않는 최대 강도
. 반복 횟수가 아무리 많아도, 피로 파괴되지 않는 최대 응력 값
- 즉, 무한 반복 주기에서도 파단되지 않을 수 있는 응력 한계를 나타냄
ㅇ 피로 수명 (Fatigue Life)
- 특정 피로 하중(되풀이 하중)을 받는 재료가 파단에 이르기까지의 총 반복 횟수(수명)
. 설계 단계에서 요구되는 안전 수명 기준을 결정하는 데 중요한 요소
ㅇ 피로 균열 (Fatigue Crack)
- 피로 하중(되풀이 하중)에 의한 균열
. 초기에는 눈에 보이지 않는 미세 균열로 시작하지만,
. 점차, 그 길이 또는 크기가 증가하여, (피로 균열 진전, fatigue crack growth)
. 파괴로 이어짐
- 균열의 진전 속도는 응력 강도, 하중의 빈도, 재료 특성에 따라 달라짐
2. 피로 시험 및 분석 방법
ㅇ 피로 시험 (Fatigue Test)
- 통상, 인장,압축,비틀림이 조합된 다양한 응력 상태(응력 크기,시간 반복,응력 패턴)를 시험
ㅇ 피로 시험 구분
- 하중 형태에 따른 구분
. 일정 진폭 하중 피로 시험
. 변동 하중 피로 시험
- 제어 인자에 의한 구분
. 하중 제어 피로 시험
. 변형률 제어 피로 시험
- 대상물에 의한 구분
. 시험편 피로 시험
. 실물 피로 시험
- 시험편 특성에 따른 구분
. 평활 시험편 피로 시험
. 노치 시험편 피로 시험
. 균열 시험편 피로 시험
- 피로 수명 영역에 의한 구분
. 고 되풀이 수 피로 시험
. 저 되풀이 수 피로 시험
ㅇ 피로 수명 예측
- 실제 응력 상태를 모델링하고, 피로 수명을 예측하기 위해,
- 수학적/컴퓨터 기반 기법(FEA, Finite Element Analysis 등)을 사용
- 例) Miner의 누적 손상 법칙 등