일반화 누적손상법칙을 이용한 피로수명 예측 전문가시스템의 개발

Abstract

기계 구조물과 부품들의 설계 및 건전성 평가에 있어서 피로수명의 예측은 매우 중요한 것으로 알려져 있다. 그러나 피로현상은 복잡하여 그 해석에 높은 수준의 전문가적 지식을 요구하기 때문에, 일반 설계자가 변동하중 하에서 피로수명을 합리적인 수준으로 예측하기는 매우 어려운 일이다. 본 연구에서는 이러한 어려움을 해결할 목적으로 전문가시스템을 개발하였다. 현재까지 잘 알려진 누적손상법칙들을 검토하여 S-N 직선 기울기 수정의 일반화 방법을 찾을 수 있었으며, 본 연구에서는 이를 일반화 누적손상법칙으로 명명하였다. 하중간섭효과에 영향을 주는 요소로 알려진 변동하중 이력 가운데 과대응력의 발생수 비와 과대응력의 최대 값을 고려하여, 일반화 누적손상법칙의 적용에 필요한 S-N 직선 기울기의 수정 위치와 기울기 수정계수를 결정하였다. 이들 4개의 변수를 적절하게 결정하는 경우에 일반화 누적손상법칙을 이용하여 고되풀이수 피로영역에서의 하중간섭효과를 잘 고려할 수 있었다. 본 연구에서는, 다른 응용프로그램과의 호환성이 우수한 상용 전문가시스템 쉘을 이용하여, 이들 변수를 결정하는 복잡한 과정을 체계화하는 누적손상 평가를 위한 지식베이스를 구축하였다. 또한 구축된 지식베이스의 효율적인 사용을 위하여 피로수명 예측 전문가시스템을 개발하였다. 개발된 전문가시스템의 검증에는 현재 구할 수 있는 피로시험 데이터를 이용하였으며 그 결과, 철강재료와 알루미늄합금에 대하여, 실제 시험결과와 잘 일치하는 피로수명을 예측하는 것을 확인할 수 있었다.