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역학적 시험법 중 피로(Fatigue)시험에 관하여

어떤 물체에 연속적으로 변화하는 하중 혹은 변형을 반복하여 작용시키면 응력이나 변형이 그 물체가 정적으로 파괴하는 한도이내에 있어도 파괴한다. 이와같은 현상을 피로라고 하고 설계 데이타를 얻는 것을 주목적으로 하여 피로시험을 행한다.

1. 시험조건 및 시험규격

피로는 시험편의 형상, 치수, 시험편의 표면상태, 응력 또는 변형의 크기, 형식(그림 4)항중의 반복속도, 시험환경(온도, 습도 및 분위기) 등의 다수의 인자에 따라서 영향을 받기 때문에 그들을 충분히 검사하여 시험할 필요가 있다. 경질 플라스틱에서 물론 많이 적용되고 있는 조건은 20±1℃, 65±5% RㆍH로 107회까지의 피로 시험을 관상시험편(평활)을 사용하여 양쪽의 평면을 굽히거나 인장 압축 하중을 가하여 행한다. 현재 규격화되어 있는 플라스틱 시험법은 ASTM과 FS의 경우 두 가지가 있다.


[ 그림4 ] 응력형식

1) ASTM D671-63T

플라스틱의 굽힘 피로 시험방법

이것에는 A, B 2가지의 시험방법이 규정되어 있다. A법은 크랭크식의 변형 진폭 일정형의 시험기(시험속도는 720±20rpm)를 사용하고 시험편에는 [그림 5]와 같이 평활 중심이 1개인 원형 구멍이 있는 펜촉 V흠이 있는 등의 3종류가 있다.


               [ 그림5 ] ASTM D 671-63T(A법)의 시험편

이중 (b), (c)의 시험편을 설계 데이타를 구하는 것은 아니고 될 수 있는 적지않는 시험편으로 짧은 시간으로 평균치에서 벗어나지 않는 데이타를 구하여 그것으로 동종 재료의 비교를 하기도 하고 한정된 조건하에서의 품질관리를 행하기 위한 것이라고 생각되어 진다.

B법으로는 불평형 질량회전식의 하중진폭 일정형의 시험기(시험속도는 1,800±4rpm)가 규정되어 있고 시험편은 <그림 6>과 같이 장단으로 2개의 종류가 있다. 어느 것도 편지굽힘으로 굽힘응력이 균일한 테이퍼형의 것으로 강한 재료에는(a) 약한 재료에는 (b)를 사용한다.


    [ 그림6 ] ASTM D 671-63T(B법)의 시험편

2) FSLP 406b

이것에는 Method 1061과 Method 1062의 2가지가 있고 전자에는 ASTM A법과 똑같은 시험기 (시험속도는 1725rpm)를 사용하지만 ASTM B법과 동양인 페이퍼형의 시험편(치수의 (a)보다 작다)을 채용하고 있는 점이 다르다.

Mothod 1062는 회전굽힘 형의 시험기를 사용하는 것으로 시험속도는 3,450~10,000rpm이다. 이 시험기는 다른 형에 비하여 정밀도가 높고 금속에서 사용되어지고 있지만 플라스틱에서는 시험편의 가공의 양부(良ㆍ否)나 시험중의 열경화에 의한 편심을 일으키기 쉬운 적층판 등의 판상재료에는 적합하지 않는 등의 이유로 아직 사용되어지지 않고 있다.

이 경우 <그림 5> (a)와 유사한 형상의 시험편을 사용하여 양측지지 굽힘형식으로 시험하는 방법이나 Schenk 굽힘L 피로시험기를 사용하는 방법 등이 있다.

2. 시험에 관한 유의점

(1) 피로 시험법은 될 수 있는 한 동일 판에서 절취하여 동일판으로 만든 인장, 굽힘 시험편 정적특성을 조사하여 둘것. 표면에 손상이 되지 않도록 적어도 20매의 피로시험을 준비할 것.

(2) 강과 용접한 시험편의 접착부에서 파괴(Chuck 절단이라함)를 피할 때에 Chuck 끝 부를 둥글게하여 얇은 필름(또는 0.2mm 정도의 폴리 에스테르 필름)을 1매 삽입하는 것이 좋다.

(3) 피로시험 중에 실제로 시험편에 가해지고있는 응력(動 응력이라고 함)과 하중 혹은 굽힘 모멘트로 부터 계산된 응력(정적응력이라함)과의 차이를 검정하고 기타 하중을 부가되지 않을때에 시험편의 장치 등에 주의할 것.

(4) 시험편이 얇아 약하기도 하고 강한비율에 탄성율이 작은 경우에는 휘는 한도내에서 소요의 응력에 도달할 경우 미리 두께를 검사해 볼 것.

(5) 변형진폭 일정형의 시험기를 사용할 경우에는 하중 반복수가 증가함에 따라서 강성이 저하함으로(따라서 시험편의 응력도 저하하고 언제까지도 판단하지 않음)부터 일정량의 강성저하의 시기에서 피로파괴되는 것으로 보는 것이 보통으로 ASTM에서는 그 보유율 7/8을 채용하고 있다.

출처 : 플라넷뉴스(http://www.plastics.kr)