2+2=3.5 또는 4 또는 6.8? – 금속 부품의 강도 평가 표준화

 

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2+2 = 3.5 또는 4 또는 6.8 ?

위의 제목이 과장이라 생각될 수도 있지만, 이는 금속 부품의 강도 평가할 때 볼 수 있는 실제 상황입니다.

사람들은 금속 부품들이 수세기에 걸쳐 만들어졌기 때문에 부품의 기계적 강도를 평가하는 일은 별로 어렵지 않을 것이라고 생각할 수 있지만, 실제로는 그렇지 않습니다.

여러 명의 엔지니어에게 똑같이 시뮬레이션 된 FEA 결과를 제공하면 정적 강도를 간단히 평가하는 경우에도 다양한 평가 결과를 얻을 수 있습니다. 피로강도의 경우, 자연적으로 피로강도 특성이 강하게 산란하기 때문에 결과는 더욱 다양하게 나올 수 있습니다.

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그림 1 : 서로 다른 개념과 소프트웨어 도구를 적용한 피로 평가 결과

그림 1에서의 케이스 스터디 결과는 각기 다른 접근 방식으로 동일한 강철 부품의 피로 강도를 예측하고 FEA 결과를 기반으로 소프트웨어 도구를 예측하도록 요청받은 여러 회사의 사례를 보여줍니다.



평가 결과는 실험 결과뿐만 아니라 서로 간의 규모도 다릅니다. 동일한 조사 안에 있는 다른 문제의 경우, 적용된 방법의 순위는 완전히 다른 반면에 다른 접근법으로 얻은 결과의 범위는 거의 동일하게 유지되었습니다. 


여기서 중요한 점은 실제 강도 특성이 산란하는 본질적인 문제와는 별개로, 정의되지 않은 평가 과정으로 인해 추가적인 퍼지가 추가된다는 점입니다.

그 후에, 예를 들어 OEM과 공급업체가 획득한 평가 결과 간 차이는 인정되지 않을 수 있습니다. 이는 기술과 소프트웨어의 부족이 아니라 합의된 절차나 적용 가능한 표준이 없음을 보여줍니다.

하지만 정적 및 피로 강도를 정확하게 평가하기 위해서는 진행 방법을 표준으로써 명확히 규정해야 합니다. 이를 위해 평가를 수행하는 엔지니어가 가능한 많은 결정을 내리지 않도록 해야 합니다.

제한된 시간 자원, 소프트웨어 라이선스 및 사용자의 경험을 고려하여 일상적인 업무 절차 범위에 적용되어야 합니다. 또한 피로 특성의 산란 문제는 특정 생존 확률에 대한 특정 등급의 재료 강도 특성을 제공하고 실패의 특수한 결과에 대한 안전 계수를 제공하여 해결해야 합니다.

소위 말하는 FKM 지침[1]을 통해 이러한 표준이 실제로 가능합니다. 이 지침은 독일어로 “기계 공학에서 철강, 주철 및 알루미늄 재질로 만든 부품의 분석 강도 평가”라는 제목으로 되어있습니다.

FKM 지침은 국소 응력에 따른 정적 및 피로강도 평가를 기술하는 종합 가이드라인으로, FEA에서 구한 결과에 적용됩니다. ASME와 같은 표준과 달리, FKM은 제품 또는 산업별이 아니며, 가장 일반적인 방식으로 적용할 수 있습니다.

이 지침에 요약된 개념들은 지난 60년대부터 나왔지만, 초판은 90년대 초에 출판되었습니다. 그리고 현재는 2012년부터 6번째 개정판이 출시되고 있습니다. 오늘날 FKM 지침은 기계 부품의 강도 평가와 관련하여 독어권 국가에서는 사실상 표준으로 여겨지고 있습니다.

그러나 단순한 부피와 적용된 개념의 복잡성으로 인해 FEA 결과의 강도 평가를 위한 사용법은 다소 지루한 작업이 될 것이기 때문에, 자동화 솔루션은 반드시 필요합니다.

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그림 2 : S-Life-FKM의 주철 기계 부품의 예 – 윤곽 플롯으로주기 활용률

PART Engineering의 S-Life-FKM은 FKM 지침에 따라 FEA 결과를 쉽고 자동으로 평가할 수 있는 소프트웨어입니다.

이 소프트웨어는 사용자의 특정 FEA 소프트웨어와 상호 작용하는 후처리 프로세서로 사용됩니다. 다목적 피로 솔버와 달리 S-Life-FKM은 FKM 지침을 전적으로 반영할 수 있도록 간소화 되었습니다.

따라서 S-Life에서는 버튼을 누르면 비용접 부품에 대한 FKM 지침에 따라 정적 강도 및 피로 강도를 평가하는 방식으로 계산된 응력이 처리됩니다.
 
평가 결과 정적 및 순환 사용 비율이 등고선도로 표시됩니다 (그림 2). 가장 관련성 높은 연산 결과에 대한 종합적인 수치 보고서는 문서화 및 확인 목적을 위해 노드별로 요청할 수 있습니다 (그림 3).

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그림 3 : S-Life-FKM의 중요 노드 보고서에서 추출한 예제

S-Life 사용자는 다음과 같은 이점을 얻을 수 있습니다.

♣ 전문가가 아닌 경우에도 쉽게 사용할 수 있습니다.
♣ 수동 평가와 비교할 때 시간이 크게 절약됩니다.
♣ 입증된 평가 계획에 따른 신뢰할 수 있는 결과를 얻을 수 있습니다.
♣ 명백한 Go-NoGo – 결정이 가능합니다.
♣ 품질 보증 및 고객 커뮤니케이션 목적으로 문서화 된 결과를 얻을 수 있습니다.



FKM 소재 테이블의 약 1500 등급(강철, 주철, 알루미늄, 주조 알루미늄)은 S-Life에서 완벽하게 제공합니다. 또한 자체 자재를 데이터베이스에 추가할 수도 있습니다.

FKM 지침은 S-Life를 위한 “이론 매뉴얼”이라 할 수 있습니다. 이 지침은 영어로도 제공되며, S-Life-FKM은 Altair Partner Alliance를 통해 액세스할 수 있습니다.



[1] FKM = „ForschungsKuratorium Maschinenbau e.V. (FKM)“, engl. „Research Foundation Mechanical Engineering“

자세한 내용은 (여기)에서 확인하세요.

감사합니다.
알테어드림

 

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