알루미늄 장점 및 피로 거동 설계

소개글

"알루미늄 장점 및 피로 거동 설계"에 대한 내용입니다.

목차

1. 알루미늄 장점
1.1 경량 재료
1.2 다양한 반제품
1.3 가공성
1.4 해양 환경에서 내부식성
1.5 저온 취성
1.6 환경에 미치는 영향
1.7 재활용
1.8 혁신

2. 구조 및 피로 거동 설계
2.1 알루미늄의 특성
2.2 최대 정적 응력 결정
2.3 철강에서 알루미늄으로의 전환
2.4 알루미늄 합금 구조물의 피로 거동
2.5 고속선의 운항 조건
2.6 금속의 피로에 관한 일반적인 코멘트
2.7 알루미늄의 피로 거동 특성
2.8 알루미늄 합금의 분류
2.9 용접의 피로 수명
2.10 디자인 및 제조 설비의 영향

본문내용

1. 알루미늄 장점 (Aluminum Advantages)
알루미늄의 첫 번째 장점은 철과 같은 금속이다. 알루미늄 합금으로 제조된 반제품이 등방성(isotropic)이고 균일한 (homogeneous) 합금이기 때문에 금속 재료의 강도를 계산하는 데 사용되는 규칙은 어려움 없이 적용할 수 있다. 조선/해양 분야에 사용되는 알루미늄 합금의 기계적 특성은 시간이 경과되어도 안정적이다. "플라스틱"의 경우처럼 재료의 내부 구조가 "노화(ageing)"되는 현상은 없다. 고전적인 판금 가공 및 제조의 규칙과 관행에 따라 어떤 기후 조건에서도 특별한 어려움 없이 선박을 건조 및 수리 할 수 있다. 대부분의 일상 금속처럼, 알루미늄은 응력이 내력을 초과하지 않는 한 탄성을 유지할 수 있다는 점에서 연성(ductile)이다.

<중 략>

2. 구조 및 피로 거동의 설계 계산 (Design Calculation of Structures and Fatigue Behavior)
알루미늄 합금 구조는 재료 역학 강도 계산 규칙을 사용하여 설계한다. 강재와 비교할 때, 변형 기준 계산 시 강철의 1/3인 알루미늄의 영 탄성계수 (Young 's modulus of elasticity)를 적용하여 계산하여야 한다. 낮은 영률 (Young’s modulus)인 알루미늄을 보충하기 위해 보의 단면 형상은 가능한 높은 관성 계수(modulus of inertia, I/v )를 얻기 위해 최적화 (같은 무게에서 높은 관성모멘트를 갖는 형상)되어야 한다. 강철과 달리 알루미늄 합금의 경우 용접부 양쪽 면의 열 영향 부는 연하게 (softened) 된다. 고려해야 할 기계적 성질은 응력 변형 경화 합금 (strain hardened alloys) 에 대한 열처리 조건 (annealed condition)과 시효 경화 합금 (age hardened alloys)의 T4 조건 (상온에서 자연 시효)이다. 왜냐하면 연화 공정으로 인해 용접으로 인한 잔류 응력은 알루미늄 합금 용접이 철강 용접보다 낮다. 알루미늄 합금의 피로 거동 (fatigue behavior)은 본질적으로 용접부의 설계와 용접부의 품질에 달려 있다. 알루미늄의 기계적 물성 및 피로 강도 측면에서 알루미늄의 고유 한 특성을 감안할 때, 알루미늄 합금 구조가 강철의 등가 구조와 비교하여 약 50 %의 무게 절감을 달성 할 수 있음을 보여준다. 선박 구조물의 응력 계산은 선급 협회의 규칙에 기초한다. 선급 규칙은 경험에서 얻은 요인에 의해 가중치가 부여된 재료의 강도에 근거한다고 할 수 있다.

참고 자료

ALCAN, “Aluminum and the Sea” , ALCAN Aerospace Transportation and Industry, 2004
john G. kingdon, “Marine Aluminum Design and Construction ”, Westlawn Institute of Marine Technology, 1990.
DNV, “Rules for classification of high speed, light craft and naval surface craft.” 2011
Eurocode 9 : “Design of Aluminum Structures”. Standard EN, ENV 1999-1-1, 1998