논문 정리 '피로시험 하중 생성'

ROK

항공기 개발에서는 구조 건전성을 검증하기 위해 여러 구조 시험을 수행합니다. 이를 위해서는 항공기가 받는 하중을 모사하는 시험 하중 생성을 해야 하는데 오늘은 피로시험 하중 생성 방법에 대한 논문을 정리해 보았습니다. 

(최병환, 2016, "피로시험하중생성", 한국항공우주학회, Vol.2016 No.11, pp.115-116)

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피로 시험 하중

항공기의 피로 시험은 항공기의 주요 구조물에 대한 피로 해석이 적절한지 검증하고 운용 기간동안기간 동안 내구성을 갖고 있다는 것을 입증하는 시험입니다. 일반적으로 피로 해석을 하기 위해서는 항공기가 운용하는 동안의 하중을 설계한 하중 스펙트럼이 사용됩니다. 피로 시험에서는 항공기의 운용 기간 동안의 매우 길고 복잡한 하중을 단기간의 시험에 적합하게 응축하는 과정을 거쳐 시험 하중을 생성하게 됩니다. 

시험 하중 스펙트럼

설계 하중 스펙트럼을 응축하여 시험 하중을 생성하는데 이를 'Truncated Test Spectrum'이라고 합니다. 이 시험 하중 스펙트럼은 설계 스펙트럼과 동일한 효과를 가져야 시험의 유효성을 확보할 수 있기 때문에 피로 시험 스펙트럼을 사용한 수명 해석 값과 기존 해석 값의 차이가 5% 이하가 되도록 기준을 설정하여 생성합니다. 

피로시험하중 생성 절차

1. 주요 부위 선정 : 해석적으로 주요한 부위 선정

2. 시험 하중 (응축 하중 스펙트럼) 생성 : 설계 스펙트럼을 사용하여 Truncation

3. 하중 케이스 선정 : 중복된 하중 조건 제거

4. 하중 케이스에 대한 액츄에이터 하중 생성 : 엔진, 착륙 장치의 하중 기준으로 생성

5. 시험 하중 FEM 생성 : 시험체 FEM으로 응력 값 계산

6. 설계 FEM, 시험 FEM 비교 검증

7. 피로 수명 해석 검증 

8. 시험 하중 보정 작업 : 기존 설계 하중 스펙트럼과 등가의 손상을 주기 위한 Factor 선정

9. 최종 시험 하중 스펙트럼

결론 및 소감

항공기 개발 과정에서 가장 상위 수준의 시험인 전기체, 구성품 시험을 위해 하중 스펙트럼을 보정하는 과정을 알 수 있었고 실제 구조물에 가해지는 하중 분포를 구현하기 위해 어떤 방법을 이용하는지 알 수 있었습니다.