기계설계 설계 프로젝트 과제

목차

1. 최대 응력은 전단력(V), 토크(TB)에 의해서 지지부에 작용한다면, 항복강도와 안전계수 1.2를 활용하여 적절한 파이프강을 선택하라. 파이프강은 연성재료라고 가정하면 전변형에너지이론에 따라 전단파단이 일어난다고 가정하라.
2. 이 Boom이 이륙은 착륙할 때와 비슷한 힘을 받는다면, 10년간 비행기가 운항하려면 어떠한 파이프강을 선택하는 것이 안전하면서도 경제적인지 설계하라. 이때, 전단변형에너지 이론에 따르는 상당 응력이 굽힘으로 작용한다고 가정하고 안전계수는 1.2를 활용하라.
3. 위 두 결과를 비교하여 피로를 고려하는 것의 중요성을 논하라.

본문내용

문제 1 : 최대 응력은 전단력(V), 토크(TB)에 의해서 지지부에 작용한다면, 항복강도와 안전계수 1.2를 활용하여 적절한 파이프강을 선택하라. 파이프강은 연성재료라고 가정하면 전변형에너지이론에 따라 전단파단이 일어난다고 가정하라.

Figure 3과 비교해 보았을 때 지지부에 작용하는 힘은 전단력(V)와 토크(Tb)임을 알 수 있다. 이 때 지지부 단면에 작용하는 토크는 굽힘 응력이다.

<중 략>

위 표에서 알 수 있듯이 직경이 139.8mm, 두께가 4mm일 때 안전한 값이 도출되었다. 이때 강체의 무게는 40.2kg로 전체 비행기 무게에 비해 매우 작아 큰 영향을 미치지 않는 수준이었다. 또한 이 재료(KS D 3566 SPS400/KS D 3566 SPS500)의 가격은 $700~800/Ton으로 개당 생산가는 $28~32정도로 볼 수 있으며 이는 전체 생산가에 크게 영향을 미치지 않는 가격이었다.

따라서 이 상황에서 가장 안전하면서도 경제적으로 사용할 수 있는 파이프 설계는 KS D 3566 SPS500, 직경은 139.8mm, 두께는 4mm이다.

<중 략>

문제 2 : 이 Boom이 이륙은 착륙할 때와 비슷한 힘을 받는다면, 10년간 비행기가 운항하려면 어떠한 파이프강을 선택하는 것이 안전하면서도 경제적인지 설계하라. 이때, 전단변형에너지 이론에 따르는 상당 응력이 굽힘으로 작용한다고 가정하고 안전계수는 1.2를 활용하라.

Boom이 이륙, 착륙시 비슷한 힘을 받는다고 가정하였으므로 응력의 변동은 다음 그래프와 같다. 즉 Fa/Fm의 값은 1이 되는 것을 알 수 있다.
비행기가 LA와 서울 사이를 하루에 1번 왕복하므로 이륙과 착륙은 각각 2회를 한다고 볼 수 있다. 즉 하루에 이륙과 착륙을 4번하게 되는데, 이를 10년간 비행하므로 총 이착륙의 횟수는 4*365*10인 14600cycle 수명을 가져야 한다.

참고 자료

http://e-pipe.co.kr/pipe-text/struct/3566-4.html
http://yht-steelpipe.en.alibaba.com/product/511322228-212763013/KS_D_3566_Carbon_steel_tubes_for_general_structural_purposes_SPS_290_SPS_400_SPS_500_.html
http://www.eness.co.kr/products/carbon-steel-tubes-for-general-structural-purposes/
http://www.standard.go.kr/code02/user/0B/03/SerKs_View.asp?ks_no=KSD3566
https://www.google.co.kr/url?sa=t&rct=j&q=&esrc=s&source=web&cd=4&ved=0CEAQFjAD&url=http%3A%2F%2Fwww.ceric.net%2Ftechnology%2FDownloadvirtual.asp%3Fid%3DINISTEEL%26ref%3D6%26step%3D1&ei=vOKAU56EG4WekwX84ICAAQ&usg=AFQjCNHqWPhoSk9aNc5EqYgELVUSiawneA&sig2=D0S6dtugP82gHT57ThLbJg&bvm=bv.67720277,d.dGc&cad=rjt
(구조용 강재 가이드.pdf)