Fatigue life prediction is very important in designing mechanical structures and components for their safety and reliability. But it is difficult for ordinary mechanical designers to predict reasonably fatigue life under variable loading condition, mainly due to both the complexity of fatigue phenomenon and the necessity of high expert’s knowledge on fatigue. The purpose of this study is to solve such difficulty by developing an expert system to apply successfully to the prediction of fatigue life.
From close consideration of several cumulative damage rules well-known so far, a method of generalized modification of S-N line could be derived, which offered the basis of such a generalized cumulative damage rule as named in this study. It was verified that the rule could account effectively for the load interaction effect, which is known to be dependent on both the maximum amplitude and the occurrence ratio of the overstresses in the load history concerned, in case of determining properly four parameters necessary to modify the slopes of S-N line. The developed expert system contains a knowledge-base, constructed by using an expert system shell of good ability to interface with other utility software, to infer those parameters systematically, which leads ordinary mechanical designers to predict fatigue lives conservatively.
The performance of the expert system was verified with using fatigue life data available at present. It was found that the expert system comes up with acceptable results of fatigue life prediction for both ferrous metals and aluminum alloys.
기계 구조물과 부품들의 설계 및 건전성 평가에 있어서 피로수명의 예측은 매우 중요한 것으로 알려져 있다. 그러나 피로현상은 복잡하여 그 해석에 높은 수준의 전문가적 지식을 요구하기 때문에, 일반 설계자가 변동하중 하에서 피로수명을 합리적인 수준으로 예측하기는 매우 어려운 일이다. 본 연구에서는 이러한 어려움을 해결할 목적으로 전문가시스템을 개발하였다. 현재까지 잘 알려진 누적손상법칙들을 검토하여 S-N 직선 기울기 수정의 일반화 방법을 찾을 수 있었으며, 본 연구에서는 이를 일반화 누적손상법칙으로 명명하였다. 하중간섭효과에 영향을 주는 요소로 알려진 변동하중 이력 가운데 과대응력의 발생수 비와 과대응력의 최대 값을 고려하여, 일반화 누적손상법칙의 적용에 필요한 S-N 직선 기울기의 수정 위치와 기울기 수정계수를 결정하였다. 이들 4개의 변수를 적절하게 결정하는 경우에 일반화 누적손상법칙을 이용하여 고되풀이수 피로영역에서의 하중간섭효과를 잘 고려할 수 있었다. 본 연구에서는, 다른 응용프로그램과의 호환성이 우수한 상용 전문가시스템 쉘을 이용하여, 이들 변수를 결정하는 복잡한 과정을 체계화하는 누적손상 평가를 위한 지식베이스를 구축하였다. 또한 구축된 지식베이스의 효율적인 사용을 위하여 피로수명 예측 전문가시스템을 개발하였다. 개발된 전문가시스템의 검증에는 현재 구할 수 있는 피로시험 데이터를 이용하였으며 그 결과, 철강재료와 알루미늄합금에 대하여, 실제 시험결과와 잘 일치하는 피로수명을 예측하는 것을 확인할 수 있었다.
