Prediction of equivalent stress state dependent damage model and fatigue life for case-hardened steels
- 주제어 (키워드) Case hardening , Equivalent material model , Stress state dependent damage model , Strain-life model , Finite element method , 표면경화 , 등가 재료 모델 , 응력 상태 의존 데미지 모델 , 변형률-수명 곡선 , 유한요소법
- 발행기관 서강대학교 일반대학원
- 지도교수 김동철
- 발행년도 2023
- 학위수여년월 2023. 2
- 학위명 석사
- 학과 및 전공 일반대학원 기계공학과
- 실제 URI http://www.dcollection.net/handler/sogang/000000070038
- UCI I804:11029-000000070038
- 본문언어 영어
- 저작권 서강대학교 논문은 저작권 보호를 받습니다.
초록 (요약문)
표면경화법은 강도 및 수명 향상을 위해 차량 산업에서 널리 사용된다. 경화 깊이는 표면경화 재료의 기계적 특성을 결정하는 주요 요인이다. 그러나 경화 깊이에 따른 표면경화 재료의 물성 예측 연구는 부족한 상황이다. 본 연구에서는 단일 파트 모델에 적용할 수 있는 등가 재료 모델을 활용한 경화 깊이에 따른 표면경화 재료의 강도, 파단 및 피로 수명 예측 모델을 제안하였다. 서로 다른 4가지 경화 깊이를 가지는 시편에 대해 4개의 응력 상태에 대한 시편 파단 시험과 변형률 제어 피로 시험을 진행하였다. 부품의 형상과 크기를 고려한 경화 깊이를 표현하기 위해 정규화된 파라미터인 경화 면적비를 제안하였다. 임의의 경화 면적비에 대한 표면경화품의 강도와 파단을 예측할 수 있는 경화 면적비에 따른 등가 응력-변형률 곡선과 등가 응력 상태를 고려한 데미지 모델을 개발하였다. 이 모델은 서로 다른 2개의 표면경화한 랙 바를 통해 검증하였다. 그리고 임의의 경화 면적비에 대한 표면경화품의 피로 수명 및 반복 거동을 예측할 수 있는 경화 면적비에 따른 등가 변형률-수명 곡선과 반복 응력-변형률 곡선을 제시하였다.
more초록 (요약문)
Case hardening has been widely used in automotive industries to improve strength and fatigue life. The hardened case depth is essential to determine the mechanical properties of the case-hardened steels. However, the prediction of material properties of the case-hardened steels regarding the hardened depth is insufficient. Here, prediction models of case-hardened steel strength, fracture, and fatigue life according to the hardened depth are proposed using the equivalent material model applicable to a single-part model. The experiments for four hardened depths are described, including the specimen fracture test of four stress states and the strain-controlled fatigue test. A normalized parameter, hardened area ratio, is suggested to express the hardened depth considering the geometry and dimension of the components. The equivalent stress-strain curves and stress state dependent damage model according to the hardened area ratio are proposed to estimate the strength and fracture of the case-hardened steels for any hardened area ratio. The proposed model is validated with the bending test of two case-hardened rack bars. And the equivalent strain-life curve and cyclic stress-strain curve according to the hardened area ratio are presented to predict the case-hardened steel’s fatigue life and cyclic behavior for any hardened area ratio.
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