구멍 뚫는 법

Hole drilling method

홀 가공법은 재료의 잔류 [1][2]응력을 측정하는 방법이다.잔류 응력은 외부 하중이 없을 때 재료에서 발생합니다.잔류 응력은 재료에 가해지는 하중과 상호작용하여 재료의 전체적인 강도, 피로 및 부식 성능에 영향을 미칩니다.잔류 응력은 실험을 통해 측정됩니다.홀 가공법은 잔류 응력 [3]측정에 가장 많이 사용되는 방법 중 하나입니다.

구멍 뚫기 방법은 재료 표면 근처의 거시적 잔류 응력을 측정할 수 있습니다.이 원리는 재료에 작은 구멍을 뚫는 것에 기초하고 있습니다.잔류응력을 포함하는 재료가 제거되면 나머지 재료는 새로운 평형 상태에 도달한다.새로운 평형 상태는 드릴로 뚫린 구멍 주변의 변형과 관련이 있습니다.변형은 드릴링을 통해 제거된 재료 부피의 잔류 응력과 관련이 있습니다.구멍 주변의 변형은 변형 게이지 또는 광학 방법을 사용하여 실험 중에 측정됩니다.재료의 원래 잔류 응력은 측정된 변형으로부터 계산된다.홀 가공법은 심플하고 다양한 용도 및 재료에 적합합니다.

구멍 뚫기 방법의 주요 장점은 신속한 준비, 다양한 재료에 대한 기술의 다양성 및 신뢰성입니다.반대로 구멍 뚫는 방법은 해석 및 시료 형상의 깊이가 한정되어 적어도 반파괴적이다.

잔류응력 측정을 위한 구멍 뚫기 방법 – 측정장치 내 엔드 밀 상세.

역사와 발전

구멍을 뚫어 잔류 응력을 측정하고 구멍 직경의 변화를 등록하는 아이디어는 1934년 Mathar에 의해 처음 제안되었습니다.1966년 렌들러와 비그니스는 잔류 응력을 측정하기 위해 체계적이고 반복 가능한 홀 시추 절차를 도입했다.다음 기간에 이 방법은 드릴링 기법, 완화 변형 측정, 잔류 응력 평가 자체 측면에서 추가로 개발되었다.매우 중요한 이정표는 교정 계수를 계산하고 측정된 완화 변형으로부터의 잔류 응력을 평가하기 위해 유한 요소 방법을 사용하는 것이다(Schajer, 1981).이는 특히 깊이를 따라 일정하지 않은 잔류 응력을 평가할 수 있게 했다.또한 비균질 재료, 코팅 등에 대한 방법 사용 가능성을 더 높였다.측정 및 평가 절차는 미국 테스트 및 재료 협회의 표준 ASTM E837에[4] 의해 표준화되었으며, 이 방법 역시 이 방법의 인기에 기여했다.홀 시추는 현재 잔류 응력을 측정하는 가장 광범위한 방법 중 하나입니다.평가를 위해 최신 계산 방법이 사용됩니다.이 방법은 특히 시추 기술과 변형 측정의 가능성 측면에서 개발되고 있습니다.

기본 원칙

잔류 응력을 측정하는 구멍 뚫기 방법은 재료 표면에 작은 구멍을 뚫는 것을 기반으로 합니다.그러면 잔류 응력과 구멍 주변의 관련 변형이 완화됩니다.완화 변형은 구멍 주위에 적어도 세 가지 독립적인 방향으로 측정된다.재료의 원래 잔류 응력은 측정된 변형과 이른바 교정 계수를 기반으로 평가된다.이 구멍은 원통형 엔드 밀 또는 대체 기술로 만들어집니다.변형은 변형 게이지(스트레인 게이지 로제트)를 사용하여 가장 자주 측정됩니다.

잔류응력 측정을 위한 구멍 뚫기 방법의 원리.

표면 평면의 2축 응력을 측정할 수 있습니다.이 방법은 종종 작은 재료 손상 때문에 반파괴라고 불립니다.방법은 비교적 간단하고 빠르며 측정 장치는 일반적으로 휴대할 수 있습니다.단점은 기술의 파괴 특성, 제한된 분해능, 불균일한 응력 또는 불균일한 재료 특성인 경우 평가의 낮은 정확도입니다.

이른바 교정 계수는 잔류 응력 평가에 중요한 역할을 합니다.완화 변형은 재료의 원래 잔류 응력으로 변환하는 데 사용됩니다.이 계수는 이론적으로 스루홀 및 균질 응력에 대해 도출할 수 있습니다.그런 다음 재료 특성, 구멍 반지름 및 구멍으로부터의 거리에만 의존합니다.그러나 대부분의 실제 적용에서는 이론적으로 도출된 계수를 사용하기 위한 전제조건이 충족되지 않는다.예를 들어 텐쇼미터 영역에 걸친 적분변형이 포함되지 않거나 관통 대신 구멍이 보이지 않는 등.따라서 측정의 실제 측면을 고려한 계수를 사용한다.그것들은 대부분 유한 요소 방법을 사용한 수치 연산에 의해 결정된다.이들은 구멍 크기, 구멍 깊이, 장력계 로제트의 모양, 재료 및 기타 매개변수를 고려하여 완화 변형과 잔류 응력 사이의 관계를 표현한다.

구멍 뚫기 잔류 응력 측정 방법에 대한 교정 계수 계산을 위한 FEM 메쉬.

잔류 응력의 평가는 측정된 완화 변형으로부터 잔류 응력을 계산하는 데 사용되는 방법에 따라 달라집니다.모든 평가방법은 기본원칙에 기초하고 있습니다.이러한 조건은 사용 전제 조건, 교정 계수에 대한 정확도 요구 사항 또는 추가 영향을 고려할 수 있는 가능성에 따라 다릅니다.일반적으로 홀은 순차적으로 만들어지며 각 스텝 후에 완화변형을 측정한다.

잔류응력 평가방법

완화 변형에서 발생하는 잔류 응력의 평가를 위해 몇 가지 방법이 개발되었다.기본적인 방법은 등가 균일한 응력법이다.특정 구멍 직경, 로제트 유형 및 구멍 깊이에 대한 계수는 표준 ASTM E837에 [4]기재되어 있습니다.이 방법은 깊이를 따라 지속적으로 또는 거의 변화하지 않는 응력에 적합합니다.일정하지 않은 응력에 대한 지침으로 사용할 수 있지만, 이 방법은 매우 왜곡된 결과를 초래할 수 있다.

가장 일반적인 방법은 적분법입니다.주어진 깊이에서 완화 응력의 영향을 계산하지만 구멍의 전체 깊이에 따라 변화합니다.교정 계수는 행렬로 표시됩니다.평가는 특정 깊이의 잔류 응력 벡터가 해답인 방정식 시스템으로 이어집니다.교정 계수를 얻으려면 수치 시뮬레이션이 필요합니다.적분 방법과 그 계수는 표준 ASTM E837에 [4]정의되어 있다.

적분법에 의한 잔류 응력 평가 체계.홀 깊이 및 홀 내 위치에 따른 교정계수 형상

교정 계수 및 평가 프로세스 자체에 대한 요구가 낮은 다른 평가 방법이 있습니다.여기에는 평균응력법과 증분변형법이 포함됩니다.두 방법 모두 변형 변화가 시추된 증분에 대한 완화 응력에 의해서만 발생한다는 가정에 기초한다.스트레스 프로파일에 작은 변화가 있는 경우에만 적합합니다.두 방법 모두 균일한 응력에 대해 수치적으로 정확한 결과를 제공합니다.

멱급수법과 스플라인법은 적분법의 다른 수정사항입니다.둘 다 표면으로부터의 응력 효과의 거리와 총 구멍 깊이를 모두 고려합니다.적분법과는 달리 결과 응력값은 다항식 또는 스플라인에 의해 근사된다.멱급수 방법은 매우 안정적이지만 빠르게 변화하는 스트레스 값을 캡처할 수 없습니다.스플라인 방법은 적분법보다 안정적이고 오류에 덜 취약합니다.멱급수법보다 실제 응력 값을 더 잘 캡처할 수 있습니다.주요 단점은 비선형 방정식의 시스템을 푸는 데 필요한 복잡한 수학적 계산입니다.

구멍 뚫기 공법 사용

구멍 뚫기 방법은 재료 생산과 가공을 다루는 많은 산업 영역에서 사용됩니다.가장 중요한 기술은 열처리, 기계 및 열 표면 마감, 기계 가공, 용접, 코팅 또는 복합 재료 제조입니다.상대적인 보편성에도 불구하고, 이 방법은 재료를 드릴링할 가능성, 장력계 로제트(또는 변형 측정의 다른 수단)를 적용할 가능성, 재료 특성에 대한 지식 등 기본적인 전제 조건을 충족해야 한다.추가 조건은 측정의 정확성과 반복성에 영향을 미칠 수 있습니다.여기에는 특히 표본의 크기와 모양, 가장자리에서 측정된 면적의 거리, 재료의 균질성, 잔류 응력 구배의 존재 등이 포함된다.홀 홀 가공은 실험실에서 또는 현장 측정으로 수행될 수 있기 때문에 움직일 수 없는 큰 부품의 실제 응력 측정에 이상적입니다.

「 」를 참조해 주세요.

외부 링크

레퍼런스

  1. ^ "Měření zbytkových napětí Thermomechanics of technological processes". ttp.zcu.cz. Retrieved 2019-04-05.
  2. ^ "Residual stress measurement by rosette hole drilling per ASTM E 837". G2MT Laboratories. 2017-04-05. Retrieved 2019-04-05.
  3. ^ "Měření zbytkových napětí Thermomechanics of technological processes". ttp.zcu.cz. Retrieved 2019-04-05.
  4. ^ a b c [ASTM E 837: 구멍 뚫기 스트레인 게이지법에 의한 잔류응력 측정 표준시험방법, ASTM 표준, 미국 시험재료학회]