A Study on the Crack Initiation Life for Crankshaft of Mid-size Engine

중형엔진 크랭크축의 균열발생수명에 대한 고찰

The crack initiation life evaluation which is the most commonly used approach in fatigue strength studies for the designers, is performed for the crankshaft of mid-size engine. In order to evaluate the fatigue strength, structural analysis model and applied loads on crankshaft are prepared based on the cyclic system. Using the response data of the finite element analysis, crack initiation life is predicted and plotted on crankshaft geometric model. In this analysis, general purpose programs such as PATRAN, NASTRAN and EMRC/NISA are actively utilized. Life distribution contour plots, which is not yet established as an active tool in actual design system of ship structure & components, are suggested and examples for active predicting procedure such as stress contour plotting in structure strength analysis, are illustrated. Additionally, several correlated equations for prediction of the crack initiation life are introduced and discussed to improve the fatigue strength prediction of crankshaft.

본 연구에서는 피로강도중 설계자의 입장에서 일차적으로 관심의 대상인 균열발생수명에 대하여 선박용 중형엔진의 크랭크축을 대상으로 피로강도평가를 수행하였다. 본 평가를 위하여 크랭크축에 대한 구조해석모델을 구성하고 작용하중을 선정하였고 구조해석을 통한 반복적 응답을 근거로 균열발생수명을 추정하였으며 이들의 수명분포상황을 제시하여 보았다. 균열발생수명의 추정에서 주로 사용되고 있는 몇가지 상관관계를 소개하고 이의 적용성에 대하여 언급하여 보았다. 본 해석을 위하여 PATRAN, NASTRAN 및 EMRC/NISA 등의 상용프로그램을 적극 활용하였다. 균열발생해석의 결과로서 아직 조선업계의 적용성이 활발치 못한 수명분포도를 제시하였으며 이로부터 일반구조해석에서의 응력분포도와 같은 방식으로 수명분포상황을 일목요연하게 파악할 수 있는 방법의 적용성을 타진하여 보았다.