SN곡선 – MyEngNote

SN곡선 – MyEngNote https://myengnote.com Wed, 08 Jul 2026 04:42:24 +0000 ko-KR hourly 1 https://wordpress.org/?v=7.1 피로수명 계산기 & 시뮬레이터 https://myengnote.com/fatigue-life-sn-curve-calculator/ https://myengnote.com/fatigue-life-sn-curve-calculator/#respond Mon, 15 Jun 2026 21:19:10 +0000 https://myengnote.com/fatigue-life-sn-curve-calculator/

피로수명 계산기 & 시뮬레이터

시뮬레이션 제어 변수

인장 강도 (Sut) 극한 강도 (300 ~ 1200 MPa)

MPa

교번 응력 진폭 (σa) 변동 응력 (20 ~ 500 MPa)

MPa

평균 응력 (σm) 정적 텐션 (0 ~ 400 MPa)

MPa

표면 계수 (ka) 가공 상태 (0.50 ~ 1.00)

크기 계수 (kb) 부품 크기 (0.50 ~ 1.00)

샤프트 피로균열 진전 & S-N 곡선 맵

피로 진행도: 0 %

수정 피로한도 (Se): 0.0 MPa

등가 역전응력 (σrev)

0.0 MPa

수정 피로한도 (Se)

0.0 MPa

예상 피로 수명 (N)

무한 수명 (Infinite)

10⁶ 사이클 안전 보장

Goodman 안전율 (FS) 1.82

Gerber 안전율 (FS) 2.14

누적 피로 손상도 0.00 %

대표 피로 보정식

Se = ka × kb × kc × 0.5 Sut

σrev = σa / (1 – σm/Sut)

간편 사용 설명서

인장강도 및 피로수정계수 입력: 기계 부품의 인장강도(Sut)를 설정하고 표면 마무리(ka), 크기(kb), 신뢰도(kc) 수정계수를 마린(Marin) 공식 양식에 맞춰 가변합니다.
교번 및 평균 응력 진폭 입력: 회전 구동 시 작용하는 평균 응력(σm)과 사인파 형태의 교번 응력 진폭(σa)을 지정합니다.
실시간 회전 샤프트 응력 거동 모니터링: 좌측에서 축이 고속 회전하며 인장과 압축 응력이 반복적으로 가해지는 샤프트 피로 모형 애니메이션을 분석합니다.
S-N 선도 분석 및 피로 파단 주기 진단: 우측의 로그 스케일 S-N 곡선 상에서 현재 작동 주응력 상태가 무한 수명(Infinite Life - 10⁶ Cycles 이상) 영역인지, 아니면 몇 회의 반복 작동 후 파괴(Finite Life 파단)에 도달하는지 정밀 연산 결과를 도출합니다.

기계 부품 피로 한도(Endurance Limit) 및 S-N 곡선 상세 해설 확인하기 ▼

1. 기계적 피로 파괴(Fatigue Fracture)와 평균 응력의 영향

기계 구조 부재에 가해지는 하중이 재료의 항복 강도보다 훨씬 낮은 수준이라도, 오랜 시간 동안 수천 번에서 수백만 번 반복 작용하면 국부적인 미세 균열(Micro Crack)이 개시 및 전파되어 갑작스럽게 완전 파손되는 현상을 피로 파괴(Fatigue Failure)라고 합니다. 실제 기계 부품 파괴 원인의 80% 이상이 피로 현상에 기인합니다.

교번 응력 하에서 평균 응력(Mean Stress, σ_m)이 존재하면 재료의 피로 저항 능력은 급감합니다. 인장 평균 응력은 균열을 열어주는 응력 집중 효과를 유발하여 피로 균열 진전을 가속하며, 압축 평균 응력은 반대로 균열을 봉합하여 수명을 연장하는 경향을 립ㄴ다.

2. 굿맨(Goodman)과 거버(Gerber) 피로 수정 공식

평균 응력이 작용할 때 교번 응력의 한계를 보정해주는 대표적인 파괴 포락선 모델로 정밀 수정 Goodman 식과 Gerber 파형 보정 식이 활용됩니다.

수정 굿맨 선도 (Modified Goodman): 안전측 설계를 유도하는 기하학적 직선 모델로, 강도 평가 실무에서 가장 보수적으로 널리 채택됩니다.
σ_a / S_e + σ_m / S_ut = 1 / FS
거버 포락선 (Gerber Envelope): 실험 데이터의 평균에 가장 근접하는 2차 포물선 곡선 모델입니다.
σ_a / S_e + (σ_m / S_ut)² = 1 / FS

여기서 Se는 다양한 환경 인자가 곱해 보정한 실제 수정 피로 한도(Modified Endurance Limit)입니다.

3. S-N 곡선과 바스퀸(Basquin)의 고주기 수명 공식

반복 횟수(Cycles, N)에 따른 파괴 응력 진폭의 관계를 로그 스케일로 플로팅한 그래프를 S-N 선도(Stress-Life Curve)라고 부릅니다. 철강 재료의 경우 대략 10⁶ ~ 10⁷ 사이클 이상 반복되어도 파괴되지 않는 고유 한계치인 피로한도(Endurance Limit)가 나타나는 독특한 특성이 있습니다.

유한 수명 구간(10³ ~ 10⁶ 사이클)에서 피로 한계 수명은 바스퀸(Basquin) 식에 의해 근사됩니다.

σ_rev = a × N^b → N = (σ_rev / a)^(1/b)

여기서 σ_rev는 평균 응력을 소거한 Goodman 등가 교번 응력이며, 지수 b와 상수 a는 각각 10³ 사이클에서의 강도(0.9 Sut)와 피로한도(Se)의 교차 경사도를 통해 도출됩니다. 이 공식은 철도 차축, 샤프트, 팬 블레이드 등 영구 작동 보장이 필요한 기계 설계의 기본 골격이 됩니다.

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