안전율 계산 방법!! 당신의 설계 제품은 안전한가요?

 구조물의 파단을 피하려면, 구조물이 실제로 지지할 수 있는 하중이 사용 중에 견디는 데 필요한 하중보다 커야 합니다. 구조물의 부하능력을 강도(强度)라고 부르며, 구조물의 실제강도(actual strength)는 필요강도(require strength)보다 커야 한다는 것입니다.

본 절에서는 해석 후 안전성을 검토하는 유용한 방법에 대해 소개하고자 합니다.

1. 목차

2.  

1. 허용 응력과 허용 하중

2. 항복강도(연성재료)를 고려한 안전계수

3. 극한응력(취성재료)을 고려한 안전계수

4. 하중에 고려하는 안전계수

5. midas NFX에서 결과 검토

6. 요약

2. 1. 허용 응력과 허용 하중

3.  

기계나 구조물이 그 사용 상황 하에서 안전하게 목적을 달성하기 위해서는 각 부재가 적어도 과도한 변형이나 파괴를 발생하지 않도록 미리 주의할 필요가 있습니다. 그러나 과도한 변형이나 파괴가 일어나지 않을 응력의 한계치, 예를 들면 항복강도, 인장강도, 피로한도 등은 응력의 부하속도, 주위의 온도조건 등은 물론 부재의 대소, 표면의 상태, 열처리 등 여러 가지 많은 인자에 의하여 영향을 받으며, 정확한 수치를 얻기 어려운 것이 보통입니다.

따라서 기계나 구조물은 설계하는 경우에는 각 부재에 작용하는 응력을 재료의 성질, 부하의 종류, 기타의 사용조건에 따라서 적당한 한도 이내에 제한하지 않으면 안심하고 그들의 치수를 결정할 수가 없습니다.

이와 같은 기계나 구조물에서의 안전성을 평가하기 위해서는 안전계수(Factor of Safety)를 도입하여 검토합니다. 일반적인 안전계수는 실제강도에 대한 필요강도의 비로 얻을 수 있으며, 다음 식과 같이 표현할 수 있습니다.

강도와 파단은 서로 다른 의미를 가지고 있기 때문에 안전계수를 설계에 고려하는 것은 그리 간단한 일은 아닙니다. 파단이란 구조물의 균열이나 완전붕괴를 의미하거나, 또는 변형이 한계치를 넘어 구조물이 자기의 기능을 더 이상 수행할 수 없음을 의미합니다. 후자와 같은 의미의 파단은 실제의 붕괴를 일으키는 하중보다 작은 하중에서 유발되기도 합니다.

안전계수를 결정하는 데에는 다음과 같은 상항들을 고려하여야 합니다.

안전계수가 너무 작으면 파단 될 확률이 높아지기 때문에 구조물은 부적합하며, 안전계수가 너무 크면 구조물의 재료가 낭비되고 기능 발휘에 부적합할 것입니다(자중이 무겁게 나가는 경우). 이러한 복합적인 이유 때문에 안전계수를 정할 때에는 공학적인 합리적 판단을 요합니다. 안전계수는 다른 설계자들이 사용하는 규정이나 시방서를 기술하는 경험 있는 공학자에 의해 결정됩니다. 실제에 있어서 안전계수를 정의하는 방법에는 몇 가지 방법이 있으며, 평가하는 기준으로는 대략 다음과 같은 것이 있습니다.

 😥 미리 보기는 여기까지!
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