A Study on the Relationship between Tensile and Low Cycle Fatigue Properties of High Strength Material

Abstract Low cycle fatigue characteristics are very important in the development of automobile suspension parts. Fatigue properties using the strain life approach are usually obtained from low cycle fatigue tests. However, low cycle fatigue testing requires a lot of time and cost. In the current study, an attempt to estimate low cycle fatigue properties of high strength steel sheet from tensile test and tensile simulations is performed. In addition, low cycle fatigue testing was conducted to compare the fatigue properties obtained from tensile testing and simulations. In conclusion, the results effectively predict the low cycle fatigue properties. However, some deviations still exist. Key Words : Tensile Test, Low Cycle Fatigue, High Strength Steel, Fracture Strain, Finite Element Simulation 1. 서 론 내구성이 요구되는 자동차 현가부품의 설계를 위해서는 피로해석이 필수적으로 요구된다. 피로해석을 위해서는 부품이 외부에서 하중을 받을 때 부품의 내부에 발생하는 응력값과 소재의 피로 물성치가 필요하다. 부품의 내부에 발생하는 응력은 구조해석을 통해서 얻어지며, 발생하는 응력이 탄성응력이면 응력-수명 접근법(stress-life approach)에 관련된 고주기피로(high cycle fatigue) 물성치가 요구되고 소성응력인 경우에는 변형율-수명 접근법(strain-life approach)에 관련된 저주기 피로(low cycle fatigue) 물성치가 요구된다. 자동차 현가 부품은 소성변형을 허용하는 설계를 하기 때문에 변형율-수명 접근법에 의한 저주기 피로수명예측이 주로 이루어진다. 소재의 저주기피로 물성치는 피로시험기, 변형율제어기, 많은 양의 피로 시험편 등을 사용하여 장시간의 피로시험을 통해서 얻어진다. 따라서 피로시험에 따른 시간과 비용의 낭비를 줄이기 위해서 손쉬운 시험인 인장시험을 통해서 저주기피로 물성치를 구하고자 하는 연구들이 진행되고 있다[1~3]. 하지만 이러한 연구들은 대부분 봉상형의 저강도 소재들을 대상으로 하고 있다. 본 연구에서는 최근에 현가부품의 소재로 사용되고 있는 시편의 단면이 사각인 보론강(boron steel)[4] 판재소재를 대상으로 인장특성과 저주기피로 특성의 상관성을 검토하였다. 보론강은 열처리 조건을 달리하여 다양한 고강도 특성을 부여하여 사용하였으며, 인장시험과 인장해석을 사용하여 저주기피로 물성치를 예측하였다. 그리고, 저주기피로 시험을 수행하였으며, 인장시험과 저주기피로 시험에서 얻어진 피로 물성치를 비교검토 하였다.