수명 가속화 진동 시험 프로파일 제작 m, q factor(VibrationVIEW, Fatigue Damage Spectrum, Random Vibration Test)

 

목차

 

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수명 가속화 진동 시험이란?

수명 가속화 진동 시험은 제품이 현장에서 경험할 수 있는 누적된 손상과 고장 모드를 실험실 환경에서 모방하는 방법입니다. 이 시험의 핵심은 제품이 실제 사용 중 겪게 될 여러 환경적 요인들에 의한 피로 손상을 빠른 시간 내에 재현하는 것입니다.

 

• 진동 프로파일 생성: 진동 시험을 위해서는 먼저 진동 프로파일을 생성해야 합니다. 이 프로파일은 제품이 실제 환경에서 경험할 수 있는 다양한 진동 주파수와 강도를 반영합니다. 프로파일은 특정 환경 데이터 또는 예상 사용 조건에 기반하여 설정됩니다.
• 랜덤 진동 테스트(Random Vibration Test): 이 단계에서는 생성된 진동 프로파일을 사용하여 제품에 무작위 진동을 가합니다. 이 과정은 제품이 실제 사용 중 겪을 수 있는 불규칙한 진동과 충격을 모방합니다.
• 피로 기반 테스트 가속화: 피로 기반 테스트 가속화는 제품이 특정 주파수에서 경험할 손상을 보여줍니다. 여기에는 커토시스(kurtosis)가 랜덤 테스트의 심각성에 미치는 영향도 포함됩니다. 커토시스는 확률 분포의 뾰족함을 나타내며, 이는 더 심한 진동과 충격이 제품에 미치는 영향을 반영합니다.
• Miner-Palmgren 가설: 이 가설은 피로 기반 파워 법칙 관계를 사용하여 노출 시간과 진폭을 관련짓습니다. 즉, 제품이 특정 진폭의 진동에 노출될 때 이로 인해 발생하는 피로 손상과 그 손상이 제품 수명에 미치는 영향을 계산할 수 있습니다.

 

이러한 방법을 사용함으로써, 연구자들은 제품이 실제 사용 중 겪을 수 있는 다양한 스트레스와 환경 조건을 효과적으로 모방하고, 이에 대한 제품의 내구성을 평가할 수 있습니다. 이를 통해 제품의 잠재적인 약점을 식별하고, 설계 개선을 통해 더 견고하고 신뢰할 수 있는 제품을 만들 수 있습니다.

 

 

 

 

수명 가속화 진동 시험 m 파라미터

 

 

위 화면은 팜테크에서 제공하는 VibrationVIEW 소프트웨어 화면입니다. 현장에서 측정한 진동 값을 사용해서 Target Life에 맞춘 수명 가속화된 랜덤 진동 시험을 제작 해줍니다.

 

이때 중요한 파라미터가 m과 Q입니다.

 

 

파라미터 m

 

Palmgren-Miner Linear Damage 이론은 S-N Curve가 Log-Log Plot에서 선형임을 가정 합니다. Henderson-Piersol 에 따라 해당 가정을 수식으로 표현하면 아래와 같습니다.

 

 

• S = peak value of cyclical stress (units of pressure)
• N = number of stress cycles to failure
• b = fatigue parameter
• c = constant of proportionality

 

MIL-STD-810G (Method 514.6, Annex A)에서는 2가지 방식으로 Fatigue를 정의 합니다. 한가지 방법이 위 수식의 방법이고 다음 방식은 Basquin's equation으로 아래와 같습니다. 

 

 

• Sa = test or environment stress amplitude
• σ' = fatigue strength coefficient (material property)
• N = number of cycles to failure
• b =  fatigue strength exponent (material property)

 

 

 

VibrationVIEW에서는 MIL-STD-810G1 (Method 514.6, Annex A)의 Henderson-Piersol 방식에 따라 b를 적용하여 수명을 가속화 합니다. 이때 Safety Factor 80%를 적용합니다. 아래는 재료에 따라 적용된 값을 보여주고 있습니다.

 

Aluminum Alloys
Material	Fatigue Strength Exponent 'b'	Alternative 'b'	MIL-STD 810G 'm' (0.80*b)
36061-T651	-0.045	22.2	17.8
36061-T6	-0.053	18.9	15.1
46063	-0.107	9.35	7.48
46082	-0.099	10.1	8.08
46260	-0.09	11.1	8.89
4A356-T6	-0.117	8.55	6.84
45754-NG	-0.074	13.5	10.8
52014-T6	-0.122	8.2	6.56
52024-T3	-0.154	6.5	5.19
52024-T4	-0.142	7.04	5.63
5Ti-6Al-4V	-0.144	6.94	5.56

 

 

Steel Alloys
Material	Process	Fatigue Strength Exponent 'b'	Alternative 'b'	MIL-STD 810G 'm' (0.80*b)
5AISI 4340		-0.098	10.2	8.16
5SAE 1015		-0.113	8.85	7.08
6SAE 1038	Normalized @1650 F	-0.107	9.35	7.48
5SAE 1045		-0.098	10.2	8.16
6SAE 1141 (AlFG)	Normalized @ 1650 F	-0.097	10.3	8.25
6SAE 1141 (NbFG)	Normalized @ 1650 F	-0.096	10.4	8.33
6SAE 1541	Normalized @ 1650 F	-0.135	7.4	5.93

 

 

 

해당 내용과 관련해서 팜테크에서 교육 프로그램, 측정/분석 용역, 장비를 제공하고 있습니다.  관심 있으시면 아래 홈페이지 또는 연락처를 통해 문의 주시면 됩니다. :)

 

https://famtech.co.kr/sub04/01_01.php

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