마이너법칙 (Miner's Rule)
쉽게 풀면
여러 세기의 힘을 각각 몇 번씩 받았는지 더해서 전체적으로 얼마나 손상됐는지 계산하는 방법이다.
왜 중요한가
마이너 법칙은 크기가 다른 응력 반복이 섞인 실제 하중 이력에서 손상을 더해 피로수명을 추정하는 거의 유일한 실용적 방법이므로, 선박과 해양구조물의 피로해석은 스펙트럼 해석이든 시간영역 해석이든 결국 이 법칙으로 누적 손상을 계산합니다. 실무에서는 응력범위의 장기 분포를 구하고 S-N 선도와 결합해 누적 손상도가 허용값 이하인지 판정합니다.
논문에서는 이렇게 쓰입니다
장기 응력범위 히스토그램에 마이너법칙을 적용하여 용접이음부의 누적 피로손상도를 계산한다.
이 문장은 여러 응력 수준에서의 손상을 단순히 더하는 방식으로 피로수명을 예측하고 실제 실험 결과와 견주어 보았다는 의미입니다.
조금 더 깊게 보면
마이너 법칙은 손상이 하중 순서와 무관하게 선형으로 누적된다고 가정하지만, 실제로는 큰 하중 뒤에 작은 하중이 오는 순서와 그 반대의 순서에서 수명이 다르고 잔류응력 이완이나 균열 폐쇄 효과도 반영되지 않습니다. 그럼에도 널리 쓰이는 이유는 오차가 S-N 선도의 산포와 비교해 감내할 만하고 설계 계수로 흡수할 수 있기 때문입니다. 누적 손상도 1이 파괴를 뜻한다는 해석도 통계적 평균에 불과하므로, 규정은 접근성이나 검사 가능성에 따라 허용 손상도를 그보다 훨씬 낮게 정합니다. 손상도가 1에 못 미치는데도 균열이 관찰되는 사례들은 마이너법칙의 선형 누적 가정이 실제 하중 순서 효과를 반영하지 못하기 때문으로 해석되며, 이는 설계 단계에서 손상도 허용값을 1보다 낮게 잡는 근거가 된다. 큰 하중 뒤에 작은 하중이 오는 순서와 그 반대의 순서에서 수명이 다르고 잔류응력 이완이나 균열 폐쇄 효과도 반영되지 않지만, 오차가 S-N 선도의 산포와 비교해 감내할 만해 널리 쓰인다.
주의할 점
마이너법칙은 하중 순서효과를 고려하지 않는 선형 손상누적 가정이므로 실제 비선형 손상거동과 차이가 있을 수 있다. 마이너법칙은 하중 순서효과를 고려하지 않는 선형 손상누적 가정이므로 실제 비선형 손상거동과 차이가 있을 수 있다. 누적 손상도 1이 파괴를 뜻한다는 해석도 통계적 평균에 불과하므로, 규정은 접근성이나 검사 가능성에 따라 허용 손상도를 그보다 훨씬 낮게 정한다.