응력범위 (Stress Range)
쉽게 풀면
힘이 세졌다 약해졌다 할 때 그 차이의 크기이다.
왜 중요한가
응력범위는 반복 하중 한 주기에서 최대와 최소 응력의 차이로, 선급 피로 설계의 S-N 곡선이 평균 응력이 아닌 응력범위를 변수로 삼기 때문에 피로수명 계산의 직접 입력값입니다. 파랑 하중 장기 분포를 응력범위 분포로 바꾸고 마이너 법칙으로 누적하는 것이 선체 피로 해석의 표준 흐름입니다.
논문에서는 이렇게 쓰입니다
해양환경 스펙트럼 해석을 통해 특정 구조상세의 응력범위 장기분포(레인플로 카운팅)를 산출한다.
이 문장은 실제 배를 운항하면서 측정한 힘의 변화 폭을 가지고 다시 계산해 보니, 설계할 때 예상했던 것보다 구조물이 더 빨리 지칠 수 있다는 결과가 나왔다는 뜻입니다.
조금 더 깊게 보면
용접 구조는 인장 잔류응력이 항복 수준으로 존재하므로 평균 응력 효과가 사라져 응력범위만으로 평가하는 것이 정당화되지만, 비용접 부재나 응력 제거된 구조에서는 평균 응력을 고려해야 합니다. 불규칙 하중에서 응력범위를 세는 방법으로 레인플로 계수법이 쓰이며, 계수 방법에 따라 결과가 달라질 수 있습니다. 응력범위 크기보다 반복 횟수가 많은 작은 범위가 누적 손상의 대부분을 차지하는 경우가 많아 절단 한계 설정이 결과를 좌우합니다. 레인플로 계수법은 불규칙한 응력 시계열에서 하중 반전점들을 짝지어 각 응력범위와 그 반복횟수를 세는 표준화된 방법으로, 계수 결과가 곧 마이너법칙에 대입되는 응력범위 히스토그램이 된다. 용접 구조는 인장 잔류응력이 항복 수준으로 존재하므로 평균 응력 효과가 사라져 응력범위만으로 평가하는 것이 정당화되지만, 비용접 부재나 응력 제거된 구조에서는 평균 응력을 고려해야 한다.
주의할 점
응력범위는 평균응력의 영향을 별도로 반영하지 않는 경우가 많아 압축 평균응력 구간에서는 보정이 필요할 수 있다. 응력범위는 평균응력의 영향을 별도로 반영하지 않는 경우가 많아 압축 평균응력 구간에서는 보정이 필요할 수 있다. 작은 응력범위는 한 번의 손상은 작지만 반복 횟수가 매우 많아, S-N 곡선의 기울기 변화점 이하 범위를 어떻게 처리하느냐(절단 한계나 이중 기울기 적용)가 누적 손상도 결과를 크게 좌우한다.