Abstract
In crack growth life, uncertainties are caused by variance of geometry, applied loads and material properties. Therefore, the reliability estimation for these uncertainties is required to keep the robustness of calculated life. The stress intensity factors are the most important variable in crack growth life calculation, but its equation is hard to know for complex geometry, therefore they are processed by the finite element analysis which takes long time. In this paper, the response surface is considered to increase efficiency of the reliability analysis for crack growth life of a turbine wheel. The approximation model of the stress intensity factors is obtained by the regression analysis for FEA data and the response surface of crack growth life is generated for selected factors. The reliability analysis is operated by the Monte Carlo Simulation for the response surface. The results indicate that the response surface could reduce computations that need for reliability analysis for the turbine wheel, which is hard to derive stress intensity factor equation, successfully.
균열성장 수명에는 구조 형상의 복잡함, 작용하중의 변동, 재료물성 분포 등의 영향으로 불확실성이 포함된다. 따라서 이러한 불확실 인자들에 대해 계산된 수명의 강건성을 확보하기 위해서는 신뢰성 평가가 요구된다. 하지만 형상이 복잡한 터빈 휠의 경우 균열성장 수명 계산의 주요 변수인 응력확대계수의 표현식을 알기 힘들며, 이를 유한요소해석으로 계산하므로 수명 계산 및 신뢰성 평가에 많은 시간이 요구된다. 따라서 본 연구에서는 균열성장 수명의 반응표면을 사용함으로써 신뢰성 평가의 효율성을 높일 수 있음을 고찰하였다. 이를 위해 형상이 복잡한 터빈 휠을 모델로 유한요소해석으로 생성된 응력확대계수 데이터를 회귀분석하여 근사모델을 생성한 후 응력확대계수의 회귀계수, Paris 계수, 초기균열길이에 대한 균열성장 수명의 반응표면을 생성하여 신뢰성해석에 사용하였다. 신뢰성해석은 몬테카를로 시뮬레이션으로 수행하였으며, 연구결과 반응표면의 사용이 신뢰성 평가 시 필요한 균열성장 수명의 계산량을 효과적으로 줄일 수 있었다.
