안전계수와 허용응력

1. 안전계수

안전계수를 결정할 때 고려하여야 할 중요 요인으로는

1. 하중 및 응력의 종류와 성질
2. 재질, 특히 균일성에 대한 신뢰도
3. 하중계산의 정확도
4. 응력계산의 정확도
5. 사용조건의 영향 , 즉 사용되는 온도, 습도, 고체마찰의 유무, 부식 등의 영향
6. 공작 및 조림의 정밀도와 잔류응력
7. 수명
등의 항목에 대하여 고려할 필요가 있으며, 안전계수는 이들에 대한 부정확성을 보완하며,
각 부분에 필요하고도 충분한 여유를 주기 위한 것이다.
이상과 같이 계산을 합리적으로 또한 안전하게 하기 위하여서는 이에 영향을 주는 여러 인자를
검토하여 가장 적절한 안전 계수의 값을 결정하여야 함으로 일반적으로 적용되는 안전계수의
확정값을 구하기는 곤란한다.
과거로부터 많은 안전계수의 값이 제안되고 있으며 그 주요한 값을 표시하면 다음과 같습니다.

2. Unwin

1972 년에 최초의 체계적인 기계설계의 저서 (기준강도 , 극한 강도)에서 제시한 값

표 안전 계수

3 Cardullo 의 계산 값

신뢰할만한 안전계수를 얻으려면, 이에 영향을 주는 각 인자를 상세하게 분석하여 이것으로 합리적인
값을 결정하는 것이 바람직한다. 의하여 그 값을 결정하는 것이며,
재료의 극한 강도를 기준으로하여 다음 식으로 구한다.

3.1 Cardullo 의 안전계수 S = a x b x c x d

1. a : 탄성비
극한 강 σb와 탄성한도>σe 와의 비

2. b : 하중계수
탄성한도>σe와 피로한도>σw 와의 비, 정하중에서는 b=1

3. c : 충격계수
정하중 W 중의 일부 w 만이 충격적으로 작용할 때 c = 1 + w/W
정하중 c = 1
초기속도 0 으로 갑자기 작용할 때는 c =2
어느 초속도를 가지로 갑자기 작용할 때는 c > 2
충격 게수의 계산은 메우 곤란한다. 위의 값은 충격에너지가 전부 피충격물체의 변형에너지로서
흡수하고 또 음향, 마찰, 열 등에너지로 변환되어 발산한다.
일반적인 값으로
가벼운 충격 : c = 1.25 ~ 1.5 (레일의 이음매에 의하여 차륜에 생기는 출격응력 등)
강항 충격 : c = 2 ~ 3 (주조 기계의 바침대 , 항공기의 착륙 장치)
특히 강항 충격 : c = 5 또는 c > 5 (타격)

4. d : 여유 계수
재료내의 결함, 미지의 온도변화에 의한 열응력의 발생이나 재료의 성질의 변화, 잔류 응력,
하중 및 응력 계산의 부정확성, 예측할 수 없는 초과 하중 등의 각종 불안감이나 신뢰도의
부족을 보완하기 위한 계수이다.
응력 계산이 정확한 경우 재질의 신뢰도에 대한여 다음과 같은 값을 잡는다.
동과 같은 균질의 연성 재료 : d = 1.5 ~ 2.0
주철과 같이 불균질한 취성재료 : d = 2.0 ~ 3.0
목재 : d = 3.0 ~ 4.0

3.2 Cardullo 의 안전계수 해석

허용응 σa = σb / Sa σb x ( σea σb )x ( σwa σe )/ (c x d) = σw / (c x d)
피로한도를 기준 강도로 할 때 f = c x d 가 충격 계수를 포함한 안전계수를 나타내며,
이 중에서 d 가 참된의미의 안전계수라고 말할 수 있다.
정하중에 대한 S 의 최소값을 아래에 표시한다.

표. Cardullo 의 방법에 의한 정하중에 대한 안전계수의 최소값