이 디자인 팁으로 스트레스 집중 완화

제품 팀은 재료 선택 프로세스를 진행할 때 무엇보다도 최종 부품의 최종 사용에 적합한 기계적 특성을 가진 재료를 찾습니다. 이것은 재료가 항복 강도를 초과하는 응용 분야에서 사용되지 않도록 합니다. 그래도 올바른 재료로 만든 부품도 가끔 고장이 나는 경우가 있습니다. 그 이유는 무엇입니까?

재료가 실패하는 한 가지 이유는 부품의 구조적 무결성을 손상시키는 설계 결함인 응력 집중 때문입니다. 다음은 제품 팀이 스트레스 집중에 대해 알아야 할 모든 것과 사려 깊은 디자인을 통해 스트레스를 줄이는 방법입니다.

스트레스 집중이란 무엇입니까?

응력 집중은 주변 영역보다 응력이 상당히 높은 부품 설계의 한 지점입니다. 응력 집중은 일반적으로 날카로운 모서리, 구멍, 노치 또는 홈 주변에서 부품 형상의 급격한 변화로 인해 가장 일반적으로 발생합니다.

응력 집중은 또한 복잡하거나 정교한 설계의 부품에서 발생할 가능성이 더 큽니다. 고유한 기하학적 모양이 부품의 전체 성능을 향상시킬 수 있지만 또한 구불구불한 하중 전달을 유발하고 응력 집중 가능성을 높입니다.

K_t로 표시되는 응력 집중 계수 , 기준 응력에 대한 부품의 최고 응력 비율로 정의할 수 있습니다. 응력 집중을 수학적으로 표현하면 방정식은 다음과 같습니다.

σ_최대 최대 응력 및 σ_ref와 동일 기준 응력과 같습니다. 요철이 없는 부분은 1에 가까운 값을 가지며, 최대 요철이나 불연속성이 있는 부분은 1보다 큰 값을 갖습니다.

부품에 응력 집중이 있는 경우 두 가지 방식으로 고장날 가능성이 더 큽니다. 첫째, 부품은 일반적으로 균열을 일으키는 응력 집중으로 인해 직접적으로 파손되는 경향이 있습니다. 둘째, 부품에 눈에 띄는 파손이 없더라도 시간이 지남에 따라 부품이 약화되어 응력 집중으로 인해 제품 수명이 크게 단축될 수 있습니다.

스트레스 집중을 줄이는 4가지 방법

부품의 수명을 보장하고 골절을 방지하기 위해 제품 팀은 FEA 모델을 실행하여 응력이나 변형 집중이 없는지 확인해야 합니다. 다음은 모든 디자이너와 제품 팀이 알아야 할 4가지 팁입니다.

1. 디자인에 점진적인 전환 포함

응력 집중의 가장 일반적인 원인은 형상의 급격한 변화 또는 급격한 형상 전환입니다. 이를 설명하기 위해 설계자는 필렛 반경 또는 테이퍼와 같은 특정 설계 측정을 사용하여 한 모양에서 다른 모양으로 쉽게 전환해야 합니다. 부품 설계의 중요한 영역을 매끄럽게 하면 응력의 흐름에 영향을 미치고 응력이 한 위치에 축적되는 것을 방지할 수 있습니다.

2. 릴리프 노치 사용

설계자는 또한 노치 근처의 재료를 제거하여 릴리프 노치라는 추가 홈을 만들어 응력 집중을 완화할 수 있습니다. 릴리프 노치가 설계에 약간의 추가 형상을 추가하더라도 설계자는 릴리프 노치를 사용하여 부품의 응력선을 제어할 수 있습니다. 이러한 기능은 연속적인 FAE 분석을 통해 테스트하고 완성할 수 있습니다.

3. 하나의 긴 노치가 아닌 여러 개의 작은 릴리프 노치를 선택하십시오.

구멍과 노치가 불가피한 경우에는 작은 릴리프 노치를 많이 사용하는 것이 가장 좋습니다. 단일 홈을 사용하여 불규칙성을 수정하는 이전 기술과 달리 이 접근 방식은 잠재적인 응력 집중을 부드럽게 하기 위해 여러 개의 작은 노치로 각 의도적인 노치를 둘러싸는 것을 포함합니다. 엔지니어는 원래 노치를 유지하면서 추가 재료를 제거하여 미니어처 노치를 만들 수 있습니다.

4. 날카로운 모서리를 피하세요

날카로운 모서리는 일반적으로 특히 CNC 가공 내부 부품 형상을 할 때 원칙적으로 피해야 하지만 설계자는 응력 집중의 기회를 만드는 것이 걱정되는 경우에도 이를 피해야 합니다. 패턴이 허용하는 경우 설계자는 항상 날카로운 모서리에서 필렛 반경을 사용해야 합니다. 이 설계 요소는 단면적이 갑자기 감소하지 않고 점진적으로 감소하도록 하고 부품 전체에 응력을 보다 고르게 분산시킵니다.

빠른 반경으로 스트레스 감소

설계의 한 지점에 너무 많은 응력이 누적될 때 응력 집중은 부품의 구조적 무결성을 손상시키고 부품이 약해지거나 조기에 파손될 수 있습니다. 다행히 제품 팀은 앞서 언급한 설계 팁과 해결 방법을 부품 설계에 통합하여 응력 집중을 방지할 수 있습니다.

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