한양대 기계공학부캡스톤PBL(파손분석및설계)_문제풀이

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Fold 폰 힌지는 수십 만 회의 굽힘 사이클 설계 수명에 도달하기 전, 반복 하중 피로로 미세균열이 진전되면서 디스플레이가 갈라지거나 힌지가 경첩각을 유지하지 못해 파손된다. 3D-프린트 드론 암은 적층 방향 약점을 가진 PLA 구조물로, 급격한 추락 충격 시 취성적으로 쪼개진다. 도자기 머그컵은 100 ℃ 물을 붓거나 탁상에 부딪히는 순간, 열·기계적 응력이 손잡이 접합부에 집중돼 파단된다. 스포츠클라이밍 앵커는 해풍·염수 환경에서 응력-부식균열이 수개월 만에 진행되어, 하중이 크지 않아도 갑작스런 파손이 보고됐다.

- 소형 레저용 세일보트의 키(rudder)를 선체에 고정하는 주조(캐스팅)
- 알루미늄 브래킷이 파손된 사례에 대해, 1.4번과 동일한 방식으로
- 가장 가능성이 높은 파손 원인을 제시하고,
- 재설계 시 고려할 주요 단계와
- 새 설계가 문제를 해결한다는 사실을 검증할 방법을 설명하시오.

Answer : 소형 레저용 세일보트에서 러더를 선체에 고정하는 주조 알루미늄 브래킷은, 염분과 습기가 풍부한 해양 환경에서 부식-피로와 응력부식균열(SCC)이 동시에 진행되기 쉬운 조건을 갖습니다. 특히 주조 과정에서 생긴 미세 기공·수축공이 초기 균열원으로 작용해, 반복되는 조종 하중과 파랑 하중이 가해질 때 균열이 급격히 성장하면서 파단이 발생합니다.

근본적인 해결을 위해서는 먼저 실제 운항 데이터를 계측해 설계 하중을 재정립하고, 브래킷 재료를 내식성과 인성이 우수한 마린그레이드 압연·단조 알루미늄(5083-H116)이나 이중상 스테인리스강, 혹은 GRP로 교체하는 방안을 검토합니다. 동시에 핀 구멍과 모서리에 충분한 필렛을 주고 리브를 추가하여 응력 집중을 완화하고, 저압·진공 주조 공정을 적용한 뒤 X-ray/CT 비파괴검사를 100 % 수행해 내부 결함을 최소화해야 합니다.

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