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표제지
목차
논문요약 25
제1장 서론 26
1. 연구배경 26
가. 연구개요 26
나. 연구목표 27
제2장 피로해석 기본이론 29
1. 피로해석 29
2. 평균응력 영향 32
가. 수정계수 36
나. 크기 36
다. 하중 37
라. 표면처리 38
마. 온도 40
바. 환경 40
사. 신뢰성 계수 41
제3장 도어댐퍼 주요 구성품 43
1. 도어 댐퍼의 구조 43
2. 도어댐퍼 구성품 소재의 물성치 및 S-N Curve 48
가. 15-5PH H1025 AMS5659 49
나. 17-4PH H1025 AMS5643 51
다. 7075-T7351 AMS-QQ-A-250/9 52
라. 7075-T7351 AMS-QQ-A-250/12 54
3. 도어댐퍼 구성품 응력해석 및 피로해석 55
가. Equivalent Stress와 허용응력 55
나. Rod End의 응력해석 및 피로해석 57
다. Piston의 응력해석 및 피로해석 69
라. Rear Cylinder의 응력해석 및 피로해석 80
마. Front Cylinder의 응력해석 93
바. Gas Chamber의 응력해석 99
사. Manifold의 응력해석 106
제4장 신뢰성 평가 112
1. 신뢰성 기본이론 113
2. 고장률 114
가. 평균 고장률 114
나. 순간 고장률 115
다. 고장률과 고장밀도 함수 117
3. 시스템 신뢰성 산출 120
가. 주요 부품 구성도 123
나. 시스템 고장률 산출 124
다. Damper 126
라. 밀 봉(Static Seal & Dynamic Seal) 134
마. Rod End 150
바. Rear Cylinder Body 151
사. Orifice 152
4. 시스템 신뢰성 예측 154
가. 와이블(Weibull) 수명 계산 155
제5장 시스템 안정성 159
1. 도어댐퍼 구성품의 고장 모드의 정의 159
2. 사상 수목 분석(Fault Tree Analysis) 163
제6장 결론 168
참고문헌 171
부록 10
〈부록 1〉 재질 173
1. 15-5PH H1025 AMS5659 173
2. 17-4PH H1025 AMS5643 177
3. 7075-T7351 AMS-QQ-A-225/9 & 7075-T7351 AMS-QQ-A-250/12 181
〈부록 2〉 7075-T7과 7075-T6의 비교 191
1. 일반적인 알루미늄의 특성 191
2. 알루미늄 합금의 질별 기호 191
3. 알루미늄 시효강화의 종류 192
4. 알루미늄 시효강화상태의 차이 193
5. 7075-T7의 S-N Curve를 7075-T6의 Curve를 사용 적합성 195
〈부록 3〉 신뢰성 민감도 196
1. Damper 196
2. Static Seal 204
3. Dynamic Seal 211
ABSTRACT 218
그림 1. 도어댐퍼 단면도 28
그림 2. 도어댐퍼 구동장치 기술 적용 가능 분야 28
그림 3. 2024 T351 S-N Curve 30
그림 4. 교번하중 33
그림 5. 반복하중 33
그림 6. 일반적인 피로 작업 응력선도 34
그림 7. Haigh diagram 34
그림 8. 평균 응력 식 비교 35
그림 9. 큰 시편과 작은 시편에 대한 응력 구배 37
그림 10. 시편 크기에 따른 크기 수정계수(ize) 변화(이미지참조) 38
그림 11. 표면마무리에 따른 응력과 수정계수의 관계 39
그림 12. 다양한 환경에서의 철의 S-N Curve 40
그림 13. 고장 가능성의 정규분포 42
그림 14. 도어댐퍼 단면도 43
그림 15. Rod End 44
그림 16. Rod End 단면도 44
그림 17. Piston 44
그림 18. Piston 단면도 44
그림 19. Front Cylinder 45
그림 20. Front Cylinder 단면도 45
그림 21. Rear Cylinder 45
그림 22. Rear Cylinder 단면도 46
그림 23. Gas Chamber 46
그림 24. Gas Chamber 단면도 47
그림 25. Manifold 47
그림 26. Manifold 단면도 48
그림 27. 15-5PH H1025 AMS5659의 S-N Curve 50
그림 28. 17-4PH H1025 AMS5643의 S-N Curve 52
그림 29. 7075-T7351 AMS-QQ-A-225/9의 S-N Curve 53
그림 30. 7075-T7351 AMS-QQ-A-250/12의 S-N Curve 55
그림 31. 구조용 강의 응력-변형도 선도 예 56
그림 32. 알루미늄의 응력-변형도 선도 예 56
그림 33. Rod End의 하중 57
그림 34. Rod End 유한요소 모델링(Case 1) 58
그림 35. Rod End 유한요소 모델링(Case 2) 58
그림 36. Rod End의 경계조건 및 하중 조건(Case 1) 59
그림 37. Rod End의 경계조건 및 하중 조건(Case 2) 59
그림 38. Rod End의 Equivalent Stress (Case 1) 60
그림 39. Rod End Safe Factor (Case 1) 70F 61
그림 40. Rod End Safe Factor (Case 2) 70F 61
그림 41. Rod End Safe Factor (Case 1) 275F 61
그림 42. Rod End Safe Factor (case2) 275F 61
그림 43. Rod End 피로해석(Case 1) 70F 62
그림 44. Rod End 피로해석(Case 2) 70F 62
그림 45. Rod End 피로해석(Case 1) 275F 63
그림 46. Rod End 피로해석(Case 2) 275F 63
그림 47. Rod End의 유한요소 모델링 63
그림 48. Rod End의 Stress 분포(Case 1) 64
그림 49. Rod End의 Stress 분포(Case 2) 64
그림 50. Rod End Case 1(좌)과 Case 2(우)의 Min. Principal Stress 분포 65
그림 51. 단순화한 Rod End 66
그림 52. Piston의 하중 69
그림 53. Piston 유한요소 모델링(Case 1) 70
그림 54. Piston 유한요소 모델링(Case 2) 70
그림 55. Piston의 경계조건 및 하중 조건(Case 1) 71
그림 56. Piston의 경계조건 및 하중 조건(Case 2) 71
그림 57. Piston의 Equivalent Stress (Case 1) 71
그림 58. Piston의 Equivalent Stress (Case 2) 71
그림 59. Piston의 Safe Factor(Case 1) 70F 72
그림 60. Piston의 Safe Factor(Case 2) 70F 72
그림 61. Piston의 Safe Factor(Case 1) 275F 72
그림 62. Piston의 Safe Factor(Case 2) 275F 72
그림 63. Piston의 피로해석(Case 1) 70F 73
그림 64. Piston의 피로해석(case 2) 70F 73
그림 65. Piston의 피로해석(Case 1) 275F 73
그림 66. Piston의 피로해석(Case 2) 275F 73
그림 67. Piston의 유한요소 모델링 74
그림 68. Piston의 Stress 분포 (Case 1) 75
그림 69. Piston의 Stress 분포 (Case 2) 75
그림 70. Piston의 Min. Principal Stress 분포 (Case 1) 76
그림 71. Piston의 Min. Principal Stress 분포 (Case 2) 76
그림 72. Piston의 단순화 형상 77
그림 73. Rear Cylinder의 하중 조건 80
그림 74. Rear Cylinder (Case 1) 81
그림 75. Rear Cylinder (Case 2) 81
그림 76. Rear Cylinder (Case 3) 81
그림 77. Rear Cylinder의 경계조건 및 하중조건 (Case 1) 82
그림 78. Rear Cylinder의 경계조건 및 하중조건 (Case 2) 82
그림 79. Rear Cylinder의 경계조건 및 하중조건 (Case 3) 82
그림 80. Rear cylinder의 Equivalent Stress (Case 1) 83
그림 81. Rear cylinder의 Equivalent Stress (Case 2) 83
그림 82. Rear cylinder의 Equivalent Stress (Case 3) 83
그림 83. Rear Cylinder의 Safe Factor (Case 1) 84
그림 84. Rear Cylinder의 Safe Factor (Case 2) 84
그림 85. Rear Cylinder의 Safe Factor (Case 3) 85
그림 86. Rear Cylinder 피로해석 (Case 2) 70F 85
그림 87. Rear Cylinder 피로해석 (Case 3) 70F 85
그림 88. Rear Cylinder 피로해석 (Case 2) 275F 86
그림 89. Rear Cylinder 피로해석 (Case 3) 275F 86
그림 90. Rear Cylinder의 유한요소 모델링 87
그림 91. Rear Cylinder의 Stress 분포 (Case 1) 88
그림 92. Rear Cylinder의 Stress 분포 (Case 2) 88
그림 93. Rear Cylinder의 Stress 분포 (Case 3) 89
그림 94. Rear Cylinder의 Min. Principal Stress 분포 (Case 1) 89
그림 95. Rear Cylinder의 Min. Principal Stress 분포 (Case 2) 89
그림 96. Rear Cylinder의 단순화 형상 90
그림 97. Front Cylinder의 하중 93
그림 98. Front Cylinder 유한요소 모델링 93
그림 99. Front Cylinder의 경계 조건 및 하중 조건 94
그림 100. Front Cylinder의 Equivalent Stress 95
그림 101. Front Cylinder의 Safe Factor 70F 96
그림 102. Front Cylinder의 Safe Factor 275F 96
그림 103. Front Cylinder의 유한요소 모델링 97
그림 104. Front Cylinder의 Stress 분포도 97
그림 105. Gas Chamber의 하중 조건 99
그림 106. Gas Chamber의 유한요소 모델링 99
그림 107. Gas Chamber의 경계 및 하중 조건 100
그림 108. Gas Chamber의 Equivalent Stress 101
그림 109. Gas Chamber의 Safe Factor (70F) 102
그림 110. Gas Chamber의 Safe Factor (275F) 102
그림 111. Gas Chamber의 유한요소 모델링 103
그림 112. Gas Chamber의 Stress 분포 104
그림 113. Gas Chamber의 단순 모델 단면[원문불량;p.79] 104
그림 114. Manifold의 형상 106
그림 115. Manifold 유한요소 모델링 106
그림 116. Manifold의 경계 조건 및 하중 조건 107
그림 117. Manifold의 Safe Factor (70F) 108
그림 118. Manifold의 Safe Factor (275F) 108
그림 119. Manifold의 유한요소 모델링 109
그림 120. Manifold의 Stress 분포 110
그림 121. 욕조형 곡선 (Bath-tub Shape Curve) 118
그림 122. NSWC-11 122
그림 123. NPRD-2011 & FMD-97 123
그림 124. 도어댐퍼 주요 부품 구성도 123
그림 125. MechRel로 구성한 도어댐퍼 주요 부품 구성도 124
그림 126. Rod End의 NPRD 고장률 자료를 이용한 병합 고장률 예제 125
그림 127. 일반적인 싱글 액츄에이터 127
그림 128. Failure Rate as a Function of Cycles for a Typical Actuator under Different Side Loads 130
그림 129. Front Cylinder와 Piston의 Body 고장률 133
그림 130. Piston의 NPRD 고장률 자료 134
그림 131. 유체압력 증가 팩터, CP(이미지참조) 136
그림 132. 허용 가능한 누유 증가 팩터, CD(이미지참조) 137
그림 133. 밀봉의 내부직경 증가 팩터, CDL(이미지참조) 138
그림 134. 재질의 경도/접촉압력 139
그림 135. 표면 다듬질 팩터, CF(이미지참조) 139
그림 136. 대표적인 밀봉 재질의 정격온도 값 140
그림 137. 대표적인 유체점성/온도 증가 팩터 141
그림 138. 오염원 증가 팩터 142
그림 139. 각종 밀봉 표면재질의 마찰계수 143
그림 140. 표면 재질의 압력-속도 계수 144
그림 141. 전형적인 정적 및 동적 밀봉 144
그림 142. Rear Cylinder의 정적 밀봉 A, B, 및 C 144
그림 143. Rear Cylinder의 동적 밀봉 D 145
그림 144. Front Cylinder의 동적 밀봉 E 145
그림 145. 정적 밀봉 A의 고장률 145
그림 146. 동적 밀봉 D의 고장률 146
그림 147. Seal, Static의 NPRD 고장률 자료 147
그림 148. O-ring의 NPRD 고장률 자료 148
그림 149. Seal Assembly의 NPRD고장률 149
그림 150. Dynamic Seal의 의 NPRD고장률 150
그림 151. Rod End의 NPRD 고장률 자료 151
그림 152. Cylinder의 NPRD 고장률 자료 152
그림 153. Orifice의 NPRD 고장률 자료 153
그림 154. 교체를 위한 명백한 고장 155
그림 155. Percent failure for Weibull distribution 156
그림 156. RAC의 FMD-97 160
그림 157. Hydraulic Damper Fault Tree 164
그림 158. Piston Fault Tree 165
그림 159. Piston Cylinder Assembly Fault Tree 166
그림 160. Seal Fault Tree 166
그림 161. Dynamic Seal & Seal Oil Fault Tree 167
그림 162. Effect of temperature on the tensile and compressive moduli (E and Ec) of 15-5PH stainless steel. 174
그림 163. Effect of temperature on the compressive yield strength (Fcy) of 15-5PH (H1025) stainless steel bar. 174
그림 164. Effect of temperature on the tensile ultimate strength (Ftu) and the tensile yield strength (Fty) of 15-5PH (H925, H1025, and H1100) stainless steel bar. 175
그림 165. Best-fit S/N curve for notched, Kt ＝ 3.0, 15-5PH (H1025) stainless steel bar, longitudinal and long transverse directions. 176
그림 166. 15-5PH H1025 AMS5659 S-N curve 177
그림 167. Effect of temperature on the tensile and compressive moduli (E and Ec) of 17-4PH (H900) stainless steel bar and forging. 178
그림 168. Effect of temperature on the tensile ultimate strength and the tensile yield strength of 17-4PH (H900, H925, H1025, and H1075) stainless steel bar. 179
그림 169. Effect of temperature on the compressive yield strength and the shear ultimate strength of 17-4PH (H900) stainless steel bar and forging. 179
그림 170. Best-fit S/N curves for notched, Kt ＝ 3.0, fatigue behavior of 17-4PH (H1025) stainless steel bar, longitudinal and long transverse directions. 180
그림 171. 17-4PH H1025 AMS5643 S-N curve 181
그림 172. Effect of temperature on the tensile and compressive moduli (E and Ec) of 7075 aluminum alloy. 183
그림 173. Effect of temperature on the tensile ultimate strength (Ftu) of 7075-T6, T651, T6510, and T6511 aluminum alloy (all products). 184
그림 174. Effect of temperature on the tensile yield strength (Fty) of 7075-T6, T651, T6510, and T6511 aluminum alloy (all products). 185
그림 175. Effect of temperature on the compressive yield strength (Fcy) of 7075-T6, T651, T6510, and T6511 aluminum alloy (all products). 186
그림 176. 7075-T7351 AMS-QQ-A-225/9 S-N curve 187
그림 177. 7075-T7351 AMS-QQ-A-250/12 S-N curve 188
그림 178. Best-fit S/N curves for un-notched 7075-T6 aluminum alloy, various product forms, longitudinal direction. 189
그림 179. Best-fit S/N curves for notched, Kt ＝ 5.0, 7075-T6 aluminum alloy sheet, longitudinal direction. 190
그림 180. Best-fit S/N curves for notched, Kt ＝ 1.5, 7075-T6 aluminum alloy sheet, longitudinal direction. 194
그림 181. Best-fit S/N curves for notched, Kt ＝ 5.0, 7075-T6 aluminum alloy sheet, longitudinal direction. 195
그림 182. 댐퍼의 Cylinder Diameter에 따른 민감도 196
그림 183. 댐퍼의 Piston Diameter에 따른 민감도 197
그림 184. 댐퍼의 Cylinder Poisson Ratio에 따른 민감도 197
그림 185. 댐퍼의 Piston Poisson Ratio에 따른 민감도 198
그림 186. 댐퍼의 Cylinder Material Elasticity에 따른 민감도 198
그림 187. 댐퍼의 Piston Material Elasticity에 따른 민감도 199
그림 188. 댐퍼의 Operating Temperature에 따른 민감도 199
그림 189. 댐퍼의 Activation Energy Constant에 따른 민감도 200
그림 190. 댐퍼의 Side Load에 따른 민감도 200
그림 191. 댐퍼의 Axial Load에 따른 민감도 201
그림 192. 댐퍼의 Yield Strength에 따른 민감도 201
그림 193. 댐퍼의 Cylinder/Pision Contact에 따른 민감도 202
그림 194. 댐퍼의 Filter Size에 따른 민감도 202
그림 195. 댐퍼의 N10에 따른 민감도 203
그림 196. 댐퍼의 Use Rate에 따른 민감도 203
그림 197. 정적 밀봉의 Fluid Pressure에 따른 민감도 204
그림 198. 정적 밀봉의 Fluid Viscosity에 따른 민감도 205
그림 199. 정적 밀봉의 Rated Temperature에 따른 민감도 205
그림 200. 정적 밀봉의 Operating Temperature에 따른 민감도 206
그림 201. 정적 밀봉의 Allowable Leakage에 따른 민감도 206
그림 202. 정적 밀봉의 Meyer Hardness에 따른 민감도 207
그림 203. 정적 밀봉의 Contact Pressure에 따른 민감도 207
그림 204. 정적 밀봉의 Surface Finish에 따른 민감도 208
그림 205. 정적 밀봉의 Inner Diameter에 따른 민감도 208
그림 206. 정적 밀봉의 Filter Size에 따른 민감도 209
그림 207. 정적 밀봉의 Flow Rate에 따른 민감도 209
그림 208. 정적 밀봉의 N10에 따른 민감도 210
그림 209. 동적 밀봉의 Allowable Leakage에 따른 민감도 211
그림 210. 동적 밀봉의 Surface Finish에 따른 민감도 212
그림 211. 동적 밀봉의 Fluid Viscosity에 따른 민감도 212
그림 212. 동적 밀봉의 Rated Temperature에 따른 민감도 213
그림 213. 동적 밀봉의 Operating Temperature에 따른 민감도 213
그림 214. 동적 밀봉의 Filter Size에 따른 민감도 214
그림 215. 동적 밀봉의 Flow Rate에 따른 민감도 214
그림 216. 동적 밀봉의 N10에 따른 민감도 215
그림 217. 동적 밀봉의 Operating Speed에 따른 민감도 215
그림 218. 동적 밀봉의 Seal Balance에 따른 민감도 216
그림 219. 동적 밀봉의 Design PV에 따른 민감도 216
그림 220. 동적 밀봉의 Pressure Differential에 따른 민감도 217
그림 221. 동적 밀봉의 Seal Inner Diameter에 따른 민감도 217
초록보기
본 연구에서는 항공기에 사용되는 구성품의 응력해석/피로해석/신뢰성분석을 수행하여 구조 건전성 확보 및 신뢰성 연구를 목표로 한다. 부품을 구성하고 있는 소재 재질을 적용하여 응력해석을 수행하고 그 재질에 맞는 S-N Curve를 조사하여 피로해석을 수행하여 각 구성품의 사용가능 연한을 연구한다. 이때 크기, 가공, 표면처리, 온도 등의 변수를 감안한 Reliability Factor를 적용하여 이론적 수명을 산출하고 상용 유한요소 해석 프로그램과 그 결과를 비교한다.
구성품의 응력해석에는 ANSYS와 MSC/NASTRAN을 모두 사용하여 그 결과를 비교하였다. 피로해석의 경우 ANSYS이외에 이론식을 정리한 별도의 Excel 기반 프로그램을 만들어 연구를 수행하였다.
또한 구성품에 대하여 신뢰성 평가를 통하여 구성품이 주어진 환경이나 작업에서 고장 없이 설계요구도에 지정된 일정기간 동안 원래의 성능을 유지하는 특성을 평가하며, 경쟁력 있는 부품을 개발하기 위해 다양한 환경에서의 제품 성능 및 품질을 확보한다. 이러한 신뢰성 평가는 핸드북을 사용하여 기본 고장률을 산출하고 이를 지수분포 및 와이블 분포를 사용하여 최종적으로 와이블 수명을 산출한다.
이를 통해 고장 유형을 분석하여 고장이 적은 우수한 성능의 항공기 부품을 개발하여 이전의 부품에 비하여 크기가 작고, 무게가 경량으로, 효율이 높고, 추후 수리나 유지보수가 최소화될 수 있는 구성품이 설계 가능하다.MARC 보기
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