3. 비파괴 검사
1.3 BS5400 Part10 규격의 통계 데이터와 신뢰도 계산
응력 대 수명의 대수-대수 도표로 나타낸
곡선의 기본 피로 데이터는 주 기 하중을 받는 구조물의 설계에 기초적인 정보를 제공한다.임의의 주어진 응력 수준의 피로 시험 결과에서 나온 피로 수명 데이터들은 산포 되기 때문에 주어진 재료에 대하여 하나의 S-N곡선뿐만 아니라 매겨 변수로써 파 손 확률을 내포한
곡선 군이 피로 설계에 필요할 것이다.[그림 4.1]
곡선 요약도출처: BS5400 Part10 Figure15. Summary design
curvess
[그림 4.1] 은 BS5400 Part10에 포함된 응력과 파손이 예상되는 사이클의 수를 표 시하고 있다.
[그림 4.1]에서 나타낸 바와 같이 임의의 시험 평균, 표준 편차 및 표준 편차의 수 를 포함한 하나의
곡선의 함수를 다음과 같이 표현할 수 있다.log log
또는
log
6) (4.6)(4.6)의 식은 다음과 같이 변환 될 수 있다.
×
또는
×
(4.7)6) 허철원(2002), “이중 링크 형식 수평 인입 집 크레인의 설계 및 수명 예측에 관한 연구”, 부경대학교 대학원 기계공학학연협동과정, p.90.
파괴 확률 d 적용 범위 K상수값
50.00% 0 기본
곡선
16.00% 1 비 붕괴유발부재(Non-FCM)
2.30% 2 붕괴유발부재(FCM)
Detail Class
m
(Non-FCM)
(FCM) W 3 0.37*
0.654 0.24*
0.16*
G 3 0.57*
0.662 0.38*
0.25*
F2 3 1.23*
0.592 0.73*
0.43*
F 3 1.73*
0.605 1.05*
0.63*
E 3 3.29*
0.561 1.85*
1.04*
D 3 3.99*
0.617 2.46*
1.52*
C 3.5 1.08*
0.625 6.75*
4.23*
B 4 2.34*
0.657 1.53*
1.01*
여기서 N 사용가능 작업 횟수,
은 응력진폭,
은 정량적 분석 결과의 평균선 과 관련된 상수값,
는 log N의 표준 편차의 반 log의 역수,
는 평균 선 아래의 표준 편차의 수 또는 확률 인자라 나타낸다.[표 4.1] 파괴 확률 적용 범위
출처: BS5400 Part10 Table 10 Probability factors
[표 4.1]은 BS5400 Part10에 기술된 붕괴유발부재와 비붕괴유발부재에 적용하는 파괴 확률 상수인 K적용값을 보여주고 있다.
[표 4.2] 부재의 허용 누적 손상
과
를 계산한 상수[표 4.2]는 BS5400 Part10에서 통계 해석 결과 평균선과 관련된 상수
를 이용 하여 식(4.6)의
관계식을 이용하여 붕괴유발부재의 허용누적손상
는 평 균선 아래의 표준편차의 수 2를 적용, 즉 파손확률 2.28%를 갖도록 설정하고, 비 붕괴유발부재의 허용누적손상
는 평균-선 아래의 표준편차의 수 1을 적용, 즉 파손확률 16%를 갖도록 설정한다.링크 시스템으로 구성된 모든 부재들은 신뢰도 해석의 기본 법칙을 고려하여 링크 구조 시스템 속에 포함된 붕괴유발부재들은 최대 파손확률이 2.28%, 즉 설계 신뢰 도 최소 0.9772이상이 되도록 피로 설계를 해야 한다.
[표 4.3] 피로 상세 신뢰도
Detail Ratio
1.0 0.8 0.6 0.4
W 0.977 0.994 0.999 1.000
G 0.977 0.944 0.999 1.000
F2 0.977 0.992 0.999 1.000
F 0.977 0.993 0.999 1.000
E 0.977 0.991 0.999 1.000
D 0.977 0.993 0.999 1.000
C 0.977 0.993 0.999 1.000
B 0.977 0.994 0.999 1.000
두 개 이상의 부재로 링크 구조 시스템이 구성되어 진다면, 일련의 붕괴유발부재 들의 조합 신뢰도는 각 링크들의 신뢰도의 곱으로 한다.
여기서 W, G, F2 ,F ,E ,D, C, B는 파괴 형태와 관련 있는 상세 등급으로써 내피 로의 수준을 나타낸다. W 등급은 작용 응력의 방향에 수직 또는 평행하게 필렛 (Fillet) 또는 부분 용입 맞대기 용접된 하중 전달 연결부로써, 프렌지에 지압 보강 재의 연결과 같은 파동 하중이 지압으로 전달될 수 있는 연결부들이 이것에 포함 된다. G등급은 [그림 4.2]에서 모재 끝단에서 용접 부재의 용접 선단까지의 거리,
즉 가장자리 거리
가 10mm보다 작은 경우 또는 프렌지에 작용 하중 방향에 평 행 및 수직한 방향으로 각각 150mm 및 50mm 이상인 덮판이 용접되는 경우 상세 등급이다. F2등급은 프렌지에 보강재의 끝단 용접 또는 프렌지 이음 용접이 부분 용입 맞대기 용접일 때 상세 등급이고, F등급은 부재내부에 설치되어 있는 격막 (Diaphragm)의 용접 또는 복부판(web)이 연결부의 등판(backing)을 사용한 용접 일 때 상세 등급이고, E등급은 프렌지의 이음부에 완전 용입 맞대기 용접의 경우 에, D등급은 고 장력 볼트 이음 부 상세의 경우에 대한 상세 등급이다.\
재, 비 붕괴유발부재는 압축만을 받는 부재로 구분하고 있다. 실제 크레인 구조물 에는 다양한 피로 상세들이 존재한다. [그림 4.2]는 크레인구조물에 존재하는 전형 적인 피로 상세들로써, BS5400 Part10에서 규정하고 있는 피로 상세 등급들이다.7)