피로해석 전문 프로그램 winLIFE


제품개요

   
  • 개발사: Steinbeis Transfer Center (독일)
  • 피로 수명 계산   – Without FEA ( Finite Element Analysis )
      : 다른 프로그램과 달리 FEM 결과 없이도 피로수명 예측이 가능하다.
      : nominal stress and local stress and strain concepts

      – With FEA (Finite Element Analysis) – FEM의 결과를 이용한 계산.
  • 제공되는 모듈
      Basic (Uniaxial) – Nominal stress, local stress and local strain method
      Multiaxial – local stress and local strain method
      Gearwheels and Bearings – 기어와 베어링을 위한 전문 모듈 제공
  • Welding – Nominal stress, local stress, Structural concept을 적용
    표준으로 사용되는 FKM guideline뿐만 아니라, 인증 등에 필요한 다양한 guideline (next slide)을 적 용하여 SN 곡선 을 생성할 수 있다.



특징 및 장점

   

• 다른 프로그램과 달리 FEM 결과 없이도 피로수명 예측이 가능하다.

• FEM stress 결과를 winLIFE로 쉽게 import할 수 있다.

• 표면 Node의 stress tensor 데이터를 ASCII format으로 저장할 수 있는 프로그램이라면 어떤 FEM 프로그램과도 interface할 수 있다.

• 기어 & 베어링을 위한 전문 모듈인 Gearwheels and Bearings 모듈을 제공한다.

• 여러 인증기관에서 제시하는 Guideline (next slide)을 적용하여 SN 곡선을 생성할 수 있다.

• SN곡선 생성에 필요한 Material database를 제공한다.

• Workflow를 단순화하여 사용자가 쉽게 사용할 수 있다.

• Mohr circle 등에 대한 값을 그래프로 확인할 수 있어 multiaxial problem 인지의 여부를 쉽게 파악할 수 있다.

• 실험의 방법 및 횟수를 결정하는데 도움을 준다.

* winLIFE 는 다양한 역학적 하중을 받는 제품의 수명을 Finite-Element Program 과 연계하여 계산할 수 있는 소프트웨어로써 20 년 동안 특히 자동차 , 군수산업 , 풍력발전 , 조선 및 기계공학 분야에 적용되고 있습니다 .

 

<< winLIFE 기능 >>


• Nominal stress, local strain approach using notch factors 을 기초로 한 제품수명 예측

• Finite Elements Analysis 와 연계하여 모든 노드에서의 stress 를 winLIFE 로 import 가능

• Load spectrum 의 생성과정부터 계산결과의 출력까지 제품수명 계산의 전 과정 제공

• 유저가 결과값을 검토할 수 있도록 상세한 결과 내용이 담긴 프로토콜 제공

• Internet-Material Data Base (SQL-Queries)

• winEVA, winADAM 과 Interface 가능 (Data interchange)

• Multi-axial problem 에서 100 개의 Load-Time-Function 을 동시에 사용 가능

• FVA 과 DIN( 독일표준화연구소 ) 에 의거한 기어 및 베어링의 수명 예측

• Rolling bearing 수명 예측


구성모듈

   

winLIFE – Basic


Nominal stress method

 Component S-N Curves

– material properties

 - Shape factor

 - Stress gradient

 - Surface

 - dimensions of part

 

 

Local strain method

Advantages

– The cyclic stress-strain curve: Real stress and strain이 필요 (FE method)

– elastic stress-strain analysis → 얻어진 stress를 Neuber’s rule을 사용 real stress로 변환

– a strain life curve (E-N curve)

– a damage parameter curve

– 유한요소방법과 함께 사용하기 때문에 automatic procedure가 가능

  (사용자가 critical point를 찾을 필요가 없다)

– 재료에 대한 Real stress-strain 가 고려되기 때문에 plastic stress를 정확히 모델링 할 수 있다.

– low cycle fatigue (high stresses with plastic deformation)에 better performance





winLIFE – Multiaxial

 

• dynamic  multiaxial load에 의해 principal stress의 방향이 변화하는 경우에 해당

 

• 적용분야  

– bodywork structure

  – axle components

  – crankshafts

  – rotary blades for wind power stations etc.

 

 

 

* Strain gauges를 사용하는 경우 :

Strain rosettes가 사용되어 strain이 측정된 경우 이 데이터를 입력하여 피로해석을 수행할 수 있다.

 

<< result >>

winLIFE – Gearwheels & bearings

 

<< 피로의 원인 >>

 

 1. Gear tooth base의 피로 (bending fatigue)

Gear tooth base의 피로는 dynamic bending에 의해 발생하게 된다.

이는 표면에 균열을 발생시키며 최종적으로 파단현상을 일으킬 수 있다.

*기어 휠의 파단현상은 notch factor 및 표면의 거침 정도, 응력 크기 등에 크게 영향을 받는다.

 

2. Tooth flank의 피로 (pittings)

톱니 사이의 미끄러짐이 없이 압력만이 가해지는 normal force가 작용하는 범위에서는 Hertz Pressing이 발생하며,

이는 pitting의 형태로 제품에 피로현상을 일으키게 된다.

 

Damage mechanisms

Gear tooth base fatigue

Tooth flank fatigue (pittings)

– Tooth foot bending in combination with a notch in the foot

– Local pressure in the flange results in pitting

– Gear tooth base의 dynamic bending으로 피로가  발생하며 이것이 crack의 주요원인이 된다.

– surface roughness, stress, notch factor에 따라 결국 파괴가 발생된다.

– Detailed S-N curves 생성

– tooth의 힘이 tooth flank로 전달되면 Hertz 압력으로 작용하는데 이것이 피로의 원인이 된다.

Fatigue life of antifriction bearings

 

 


적용 사례

   
풍력발전 해양/조선 자동차 항공기분야

winLIFE 문의

   



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