KR101935932B1 - Method for measuring dynamic elasticity using iet technique for cylinder shape - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 피검사체의 동탄성계수와 푸아송비를 측정하기 위한 방법에 관한 것으로, 상세하게는, 실린더 형상에 대한 IET 기법(Impulse Excitation Technique, IET)(임펄스 기법)을 이용한 동탄성 측정방법에 관한 것이다. The present invention relates to a method for measuring a dynamic modulus and a Poisson's ratio of an object to be inspected, and more particularly, to a dynamic elasticity measurement method using an IET technique (Impulse Excitation Technique, IET) will be.
일반적으로, 재료의 탄성치(stiffness)는 재료가 어떤 하중을 받았을 때 그 형태를 유지하려는 능력을 의미하는 것으로, 이는 열적(thermal), 기계적(mechanical), 물리적(physical) 성질과 밀접한 관련성을 지니고 있어 구조해석 분야에서 재료의 탄성치에 대한 정확한 입력 데이터 확보는 매우 중요하다. 이와 같이 재료 설계나 구조물 역학 해석 등에서 중요하게 고려되는 탄성계수의 측정방법으로는 정적인 방법(static method)과 동적인 방법(dynamic method)이 알려져 있다. In general, the stiffness of a material means the ability to maintain its shape when the material undergoes any load, which is closely related to its thermal, mechanical, and physical properties Obtaining accurate input data on the elasticity of the material is very important in the field of structural analysis. The static method and the dynamic method are known as the methods of measuring the elastic modulus, which are considered to be important in material design and structural dynamics analysis.
정적 측정방법은 인장시험이나 스트레인 게이지를 통해 일정한 외력을 가한 후 이에 상응하는 변형량을 측정하여 탄성계수를 구하는 방법인 반면, 동적인 측정방법은 음파 또는 기계적 진동을 통해 재료의 공명 주파수를 찾거나 시편에서 발생한 반향음을 이용하여 탄성계수를 측정하는 방법으로서, 동적 측정방법은 정적 측정방법에 비해 정밀성과 재현성이 크고, 측정이 비교적 용이하다는 이점을 가지고 있다. The static measurement method is a method of obtaining the elastic modulus by measuring a corresponding amount of deformation after applying a certain external force through a tensile test or a strain gauge while the dynamic measurement method is a method of finding the resonance frequency of the material through sound waves or mechanical vibrations, The dynamic measurement method has the advantage of being more accurate and reproducible than the static measurement method and being relatively easy to measure.
동적 측정방법의 대표적으로는 음파를 이용하여 공명 주파수를 찾아내어 동탄성계수 및 푸아송비를 측정하는 공명 진동법(Resonance Technique)과, 초음파를 재료 시편에 통과시켜 그 재료 시편에서 발생하는 반향음을 이용하여 탄성계수 및 푸아송비를 측정하는 초음파 에코 중첩법(Ultrasonic Pulse Echo Overlap)이 알려져 있다. Typical examples of the dynamic measurement method include a Resonance Technique that measures the dynamic elastic modulus and the Poisson's ratio by finding a resonance frequency using a sound wave, and a resonance technique in which an ultrasonic wave is passed through a material specimen, Ultrasonic Pulse Echo Overlap, which measures elastic modulus and Poisson's ratio, is known.
공명 진동법은 5,000~20,000Hz의 가진(excitation)을 주어 재료의 고유 주파수를 찾아내고, 이를 이용하여 재료의 탄성계수를 측정하는 방식으로, 건축분야에 맞게 원기둥 형태의 시편으로 한정되어 있다. 최근에는 엑츄에이터로 가진과 신호를 받는 형식의 기술을 개발하여 적용 개발 중이며, 특히 국내의 자동차 관련 모든 소재의 물성평가를 위하여 자동차 업체에서 도입하여 규격을 평가하고 있으나, 다양한 부품 및 소재 개발연구기관이나 업체에서 규정되어 있는 시편의 고정정밀규격으로(cubic:10×10×10, Cylinder :5×20L)형태를 제한하고 있어 공명 진동법에 의한 측정의 경우 다양한 형상 및 크기에 대한 측정이 자유롭지 못하는 단점이 있다. Resonance vibration method is a method to detect the natural frequency of the material by excitation of 5,000 ~ 20,000Hz and to measure the elastic modulus of the material by using it. It is limited to the cylindrical type specimen for the construction field. In recent years, we have been developing and applying the technology of receiving the excitation signal through the actuator. In particular, we have introduced the automobile manufacturer to evaluate the specifications of all materials related to automobiles in Korea. However, (Cubic: 10 × 10 × 10, Cylinder: 5 × 20L) is limited by the manufacturer's specification of the fixed precision standard of the specimen. Therefore, the measurement by the resonance vibration method is not free from measurement of various shapes and sizes .
초음파 에코 중첩법은 전통적으로 사용되는 방법으로서, 일본 업체를 중심으로 자체 개발하여 사용하는 방법으로, 일정한 속도에서 주파수를 200kHz부터 20MHz까지 다양한 파장을 만들어 시편의 두께에 관계없이 측정하고 있지만, 측정 시편의 음파의 진행을 방해하는 격자 결함이나 음파 진행에 장애물로 영향을 주는 결함(미세균열, 공공, 전위 기공 등)의 영향에 민감하기 때문에 분석 평가에 상당한 어려움이 있다. Ultrasonic echo superimposition method is a method that is traditionally used. It is a method developed by a Japanese company and used by itself. At various speeds, a frequency is varied from 200 kHz to 20 MHz to measure a wave length regardless of the thickness of the specimen. (Microcracks, vacancies, dislocation pores, etc.) that affect obstacles in the progression of sound waves, and therefore, there is considerable difficulty in analyzing and evaluating the lattice defects.
이에 최근에는 재료 시편에 기계적 충격을 주어 찾아낸 공명 주파수를 이용하여 동탄성계수 및 푸아송비를 측정하는 임펄스법(Impulse Excitation Technique)이 제안되어 적용되고 있다. 이러한 임펄스 방법은 사각형(rectangular shape) 형태의 시편에 적용할 수는 있으나, 간편하게 실린더형 시편으로부터 동탄성계수 및 푸아송비를 측정할 수 있는 장비가 마련되어 있지 않고 있고 있을 뿐만 아니라, 명확한 이론 정립이 아직 이루어지지 않고 있는 실정에 있다. Recently, Impulse Excitation Technique has been proposed and applied to measure the dynamic modulus of elasticity and Poisson's ratio using the resonance frequency found by applying a mechanical impact to a material specimen. Although this impulse method can be applied to a rectangular shape specimen, there is no equipment for measuring dynamic elastic modulus and Poisson's ratio from a cylindrical specimen, It is in the fact that it is not done.
따라서, 본 발명은 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로서, 동적 측정방법 중 가장 간단하면서도 정확하고 다양하게 활용될 수 있는 임펄스법에 대해 이론적/수치해석으로 알고리즘을 정립하고, 이를 토대로 실린더형 피검사체의 동탄성계수 및 푸아송비를 안정적으로 측정할 수 있는 임펄스법을 이용한 피검사체의 동탄성계수 및 푸아송비 측정방법을 제공하는데 그 목적이 있다. Therefore, the present invention has been proposed in order to solve the problems of the prior art, and the algorithm is established by theoretical / numerical analysis on the impulse method which can be utilized most simply and accurately and variously among dynamic measuring methods, And an object of the present invention is to provide a method of measuring dynamic elastic modulus and Poisson's ratio of an object using an impulse method capable of stably measuring dynamic elastic modulus and Poisson's ratio of the object.
상기한 목적을 달성하기 위한 일 측면에 따른 본 발명은 피검사체에 임펄스를 인가하여 기계적 진동을 발생시키고 상기 피검사체에서 발생된 기계적 진동에 대응하는 기계음을 전기적 신호로 변환하는 측정 기구물과, 상기 측정 기구물에서 전송된 전기적 신호를 일정 크기로 증폭시킨 후 증폭된 신호 중 상기 피검사체의 공명 주파수만을 분석하고 분석된 상기 피검사체의 공명 주파수와, 입력된 상기 피검사체의 정보를 토대로 동탄성계수와 전단계수를 산출하고 산출된 동탄성계수와 전단계수를 이용하여 푸아송비를 산출하는 측정 단말기를 포함하는 측정장비를 이용한 실린더형 구조의 피검사체의 동탄성계수 및 푸아송비 측정방법에 있어서, (a) 피검사체에 대한 정보를 상기 측정 단말기에 입력하는 단계; (b) 상기 측정 구조물을 이용하여 상기 피검사체에 임펄스를 가하여 기계음을 수신하여 전기적 신호로 변환하고, 상기 측정 단말기를 이용하여 상기 전기적 신호로부터 상기 피검사체의 공명 주파수를 분석한 후 분석된 공명 주파수와 상기 피검사체의 정보를 이용하여 상기 피검사체의 동탄성계수와 전단계수를 각각 산출하는 단계; 및 (c) 측정된 동탄성계수와 상기 전단계수를 이용하여 상기 피검사체의 푸아송비를 산출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 임펄스법을 이용한 피검사체의 동탄성계수 및 푸아송비 측정방법을 제공한다.According to an aspect of the present invention for achieving the above object, there is provided an apparatus for measuring an object to be inspected, comprising: a measuring instrument for generating mechanical vibration by applying an impulse to an object to be inspected and converting a mechanical sound corresponding to the mechanical vibration generated by the object into an electrical signal; The resonance frequency of the subject is analyzed, and the resonance frequency of the subject and the input information of the subject are inputted, and then, And a measuring terminal for calculating a Poisson's ratio using the calculated dynamic modulus of elasticity and the front-end number, the method comprising the steps of: (a) measuring a dynamic elastic modulus and a Poisson's ratio of a cylinder- Inputting information on an object to be measured to the measuring terminal; (b) applying an impulse to the object using the measurement structure, receiving the mechanical sound, converting the mechanical sound into an electrical signal, analyzing the resonance frequency of the object from the electrical signal using the measurement terminal, Calculating a dynamic modulus of elasticity and a front-end coefficient of the subject using the information of the subject; And (c) calculating a Poisson's ratio of the subject using the measured dynamic modulus of elasticity and the number of shear stages, and a method of measuring the dynamic modulus and Poisson's ratio of the subject using the impulse method do.
바람직하게, 상기 (b) 단계는, (b-1) 상기 한 쌍의 노드 라인을 직교하도록 상기 피검사체를 상기 한 쌍의 노드 라인 상에 올려놓은 상태에서 상기 임펄스 툴을 이용하여 상기 피검사체의 일측부 중심부를 충격하여 기계음을 발생시키는 동시에 상기 탐촉자 마이크폰을 상기 피검사체의 타측부 상부에 위치시켜 상기 기계음을 수신하여 전기적 신호로 변환하는 단계; (b-2) 상기 탐촉자 마이크폰에서 변환된 전기적 신호를 상기 측정 단말기에서 증폭한 후 증폭된 전기적 신호에서 상기 피검사체의 공명 주파수를 분석하고, 분석된 공명 주파수와 상기 피검사체의 정보를 이용하여 상기 피검사체의 동탄성계수를 산출하는 단계; (b-3) 상기 한 쌍의 노드 라인 중 어느 하나의 상부에 나란하도록 상기 피검사체를 올려놓은 상태에서 상기 임펄스 툴을 이용하여 상기 피검사체의 중앙부 일측을 충격하여 기계음을 발생시키는 동시에 상기 탐촉자 마이크폰을 상기 피검사체의 중앙부 상부에 위치시켜 상기 기계음을 수신하여 전기적 신호로 변환하는 단계; (b-4) 상기 탐촉자 마이크폰에서 변환된 전기적 신호를 상기 측정 단말기에서 증폭한 후 증폭된 전기적 신호에서 상기 피검사체의 공명 주파수를 분석하고, 분석된 공명 주파수와 상기 피검사체의 정보를 이용하여 상기 피검사체의 동탄성계수를 측정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다. Preferably, the step (b) includes the steps of: (b-1) placing the test object on the pair of node lines so that the pair of node lines are orthogonal to each other; Generating a mechanical sound by impacting the central portion of one side portion and placing the transducer microphone at an upper portion of the other side of the subject so as to receive the mechanical sound and convert it into an electrical signal; (b-2) amplifying the electrical signal converted in the transducer microphone by the measuring terminal, analyzing the resonance frequency of the subject in the amplified electrical signal, and using the analyzed resonance frequency and the information of the subject Calculating a dynamic modulus of elasticity of the object to be inspected; (b-3) a machine sound is generated by impacting one side of the central part of the subject using the impulse tool in a state in which the subject is placed on top of any one of the pair of node lines, Placing the phonemes above the central portion of the subject to receive the mechanical sounds and converting them into electrical signals; (b-4) amplifying the electrical signal converted in the transducer microphone by the measuring terminal, analyzing the resonance frequency of the subject in the amplified electrical signal, and using the analyzed resonance frequency and the information of the subject And measuring a dynamic modulus of elasticity of the object to be inspected.
바람직하게, 상기 측정 기구물은 측정 다이; 상기 측정 다이의 상부에 이동 가능하게 설치되고 상기 피검사체를 지지하는 한 쌍의 노드 라인; 상기 한 쌍의 노드 라인 사이에 안착된 상기 피검사체에 임펄스를 가하는 임펄스 툴; 및 상기 임펄스 툴의 충격에 의해 상기 피검사체에서 발생된 기계적 진동에 대응하는 기계음을 수신한 후 전기적 신호로 변환하여 상기 측정 단말기로 전송하는 탐촉자 마이크폰; 을 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다. Advantageously, said measuring instrument comprises a measuring die; A pair of node lines movably installed on the upper portion of the measurement die and supporting the test object; An impulse tool for applying an impulse to the object placed between the pair of node lines; And a transducer microphone for receiving a mechanical sound corresponding to the mechanical vibration generated in the subject by the impact of the impulse tool, converting the mechanical sound into an electrical signal, and transmitting the electrical signal to the measuring terminal; And a control unit.
바람직하게, 상기 측정 기구물은 상기 측정 다이의 내부에 설치되어 적어도 일부가 상기 한 쌍의 노드 라인과 결합되어 상기 한 쌍의 노드 라인을 서로 근접 또는 멀어지는 방향으로 이동시키는 이송수단을 더 포함하되, 상기 이송수단은 상기 측정 다이의 일측에 설치된 간격 조절 핸들을 통해 수동으로 제어되어 동작하거나, 또는 모터에 의해 자동으로 제어되어 동작하는 것을 특징으로 할 수 있다. Preferably, the measuring instrument further comprises a transporting means installed inside the measuring die, at least a part of which is coupled with the pair of node lines to move the pair of node lines in a direction close to or away from each other, The transfer means may be manually controlled or operated through a gap adjusting handle provided on one side of the measuring die, or may be automatically controlled and operated by a motor.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 실린더형 구조의 피검사체에 임펄스법으로 임펄스 포인트에 충격을 가하여 기계적 진동에 대응하는 기계음을 발생시키고 발생된 기계음을 전기신호로 변환하는 측정 기구물과, 전용 프로그램이 설치되고 상기 측정 기구물로부터 입력된 전기신호로부터 상기 피검사체의 동탄성계수와 전단계수를 측정한 후 이를 이용하여 상기 피검사체의 푸아송비를 산출하는 측정 단말기(컴퓨터)를 포함하는 측정장비를 제공함으로써 실린더형 구조의 피검사체의 동탄성계수, 전단계수 및 푸아송비를 보다 간편하고 안정적으로 측정할 수 있다. As described above, according to the present invention, a measuring instrument for generating a mechanical sound corresponding to a mechanical vibration by applying an impact to an impulse point by an impulse method on a test object of a cylindrical structure and converting the generated mechanical sound into an electric signal, And a measuring terminal (computer) for measuring a dynamic modulus and an anteroposterior coefficient of the subject from an electrical signal input from the measuring instrument and calculating a Poisson's ratio of the subject using the measured electrical signal, It is possible to more easily and stably measure the dynamic elastic modulus, the shear coefficient and the Poisson's ratio of the test object of the cylindrical structure.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 임펄스법을 이용한 피검사체의 탄성계수 및 푸아송비 측정장비를 설명하기 위해 도시한 도면.
도 2 및 도 3은 도 1에 도시된 측정 기구물의 노드 라인의 간격을 조정하는 방법을 설명하기 위해 도시한 도면들.
도 4는 도 1에 도시된 본 발명의 실시예에 따른 임펄스법을 이용한 피검사체의 동탄성계수 및 푸아송비 측정장치를 이용한 측정방법을 설명하기 위해 도시한 흐름도.
도 5는 본 발명에 따른 실린더형 피검사체의 동탄성계수를 측정하는 방법을 설명하기 위해 도시한 도면.
도 6은 본 발명에 따른 실린더형 피검사체의 전단계수를 측정하는 방법을 설명하기 위해 도시한 도면.
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a view for explaining an elastic modulus and Poisson's ratio measuring instrument of an object using an impulse method according to an embodiment of the present invention; FIG.
FIGS. 2 and 3 are diagrams for explaining a method of adjusting the spacing of the node lines of the measuring instrument shown in FIG. 1. FIG.
FIG. 4 is a flowchart illustrating a method of measuring a dynamic modulus and Poisson's ratio of an object using an impulse method according to an embodiment of the present invention shown in FIG. 1;
5 is a view for explaining a method of measuring the dynamic elastic modulus of a cylindrical test object according to the present invention.
6 is a view for explaining a method of measuring the shear rate of a cylindrical inspected object according to the present invention.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들로 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이다. BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The advantages and features of the present invention, and how to accomplish them, will become apparent with reference to the embodiments described in detail below with reference to the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below, but may be embodied in various other forms.
본 명세서에서 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 그리고 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 따라서, 몇몇 실시예들에서, 잘 알려진 구성 요소, 잘 알려진 동작 및 잘 알려진 기술들은 본 발명이 모호하게 해석되는 것을 피하기 위하여 구체적으로 설명되지 않는다. The present embodiments are provided so that the disclosure of the present invention is not limited thereto and that those skilled in the art will fully understand the scope of the present invention. And the present invention is only defined by the scope of the claims. Accordingly, in some embodiments, well known components, well known operations, and well-known techniques are not specifically described to avoid an undesirable interpretation of the present invention.
또한, 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다. 그리고, 본 명세서에서 사용된(언급된) 용어들은 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 또한, '포함(또는, 구비)한다'로 언급된 구성 요소 및 동작은 하나 이상의 다른 구성요소 및 동작의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다. In addition, like reference numerals refer to like elements throughout the specification. Moreover, terms used herein (to be referred to) are intended to illustrate embodiments and are not intended to limit the invention. In the present specification, the singular form includes plural forms unless otherwise specified in the specification. Also, components and acts referred to as " comprising (or comprising) " do not exclude the presence or addition of one or more other components and operations.
다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 정의되어 있지 않은 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.Unless defined otherwise, all terms (including technical and scientific terms) used herein may be used in a sense commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs. Also, commonly used predefined terms are not ideally or excessively interpreted unless they are defined.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 기술적 특징을 구체적으로 설명하기로 한다.Hereinafter, the technical features of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 임펄스법을 이용한 피검사체의 탄성계수 및 푸아송비 측정장비를 설명하기 위해 도시한 도면이다. 1 is a view for explaining an elastic modulus and Poisson's ratio measuring instrument of an object using an impulse method according to an embodiment of the present invention.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 임펄스법을 이용한 피검사체의 탄성계수 및 푸아송비 측정장비(10)는 측정 기구물(11)과 측정 단말기(12)를 포함한다. Referring to FIG. 1, an elastic modulus and Poisson's
측정 기구물(11)은 측정 다이(111)와, 측정 다이(111)에 설치되고 피검사체(2)가 상부에 안착되는 한 쌍의 노드 라인(112)과, 한 쌍의 노드 라인(112) 사이에 안착된 피검사체(2)에 적당한 충격을 가하기 위해 작은 햄머와 같은 임펄스 툴(113)과, 임펄스 툴(113)의 충격에 의해 피검사체(2)에서 발생된 기계음을 전기적 신호로 변환하여 측정 단말기(12)로 전송하는 탐촉자 마이크폰(114)을 포함한다. The
측정 다이(111)는 내부에 한 쌍의 노드 라인(112) 간의 간격을 조정하기 위해 한 쌍의 노드 라인(112)을 서로 근접하는 방향 또는 멀어지는 방향으로 이동시키는 이송수단(미도시)이 설치되어 있다. 이때, 상기 이송수단은 측정 다이(111)의 일측에 구비된 간격 조절 핸들(115)의 회전운동을 직선운동으로 변환하여 노드 라인(112)을 측정 다이(111)의 이동홈(111a)을 따라 이동시키는 볼 스크류일 수 있다. The measuring
한편, 상기 이송수단은 간격 조절 핸들(115)을 통해 수동으로 제어되는 것을 설명하였으나, 이는 일례로서, 간격 조절 핸들(115) 대신에 모터를 이용하여 상기 이송수단을 자동제어할 수 있다. 이를 통해 한 쌍의 노드 라인(112) 간의 간격을 피검사체의 크기(길이, 폭)에 대응하여 자동으로 조정함으로써 사용상의 편리성을 제공할 수 있다. In the meantime, although the conveying means is manually controlled through the
그리고, 상기 이송수단은 전동 실린더 또는 공압 실린더 중 어느 하나일 수 있다. The conveying means may be any one of an electric cylinder and a pneumatic cylinder.
도 2 및 도 3은 도 1에 도시된 측정 기구물의 노드 라인의 간격을 조정하는 방법을 설명하기 위해 도시한 도면들로서, 도 2와 같이, 한 쌍의 노드 라인(112)이 서로 근접하게 배치된 상태에서, 도 3과 같이, 측정자가 간격 조절 핸들(115)을 시계방향으로 회전시키면 한 쌍의 노드 라인(112)은 서로 멀어지는 방향으로 균일한 이동 거리로 이동한다. 이와 반대로 간격 조절 핸들(115)을 반시계방향으로 회전시키면 한 쌍의 노드 라인(112)은 서로 근접하는 방향으로 이동하여 간격이 조정된다. FIG. 2 and FIG. 3 are diagrams for explaining a method of adjusting the spacing of the node lines of the measuring instrument shown in FIG. 1, in which a pair of
이와 같이, 본 발명에 따른 측정 기구물(10)은 측정하고자 하는 피검사체(2)의 길이에 대응하여 간격 조절 핸들(115)을 통해 한 쌍의 노드 라인(112) 간의 간격을 자유롭게 조정 가능함으로써 보다 간편하고 안정적으로 피검사체(2)를 측정할 수 있다. As described above, the
측정 단말기(12)는 도 1과 같이, 탐촉자 마이크폰(114)을 통해 변환된 전기적 신호를 증폭시킨 후 증폭된 신호 중 피검사체(2)의 공명 주파수만을 분석(분리)하고, 분석된 피검사체(2)의 공명 주파수와, 피검사체(2)의 정보(형상, 무게, 길이, 폭, 두께 등)을 이용하여 탄성계수와 푸아송비를 산출하는 전용 프로그램(수학 알고리즘)이 설치되어 있다. 1, the
도 4는 도 1에 도시된 본 발명의 실시예에 따른 임펄스법을 이용한 피검사체의 동탄성계수 및 푸아송비 측정장비를 이용한 측정방법을 설명하기 위해 도시한 흐름도이다. FIG. 4 is a flowchart illustrating a method of measuring the dynamic elastic modulus and Poisson's ratio of an object using an impulse method according to an embodiment of the present invention shown in FIG. 1. Referring to FIG.
도 1 및 도 4를 참조하면, 측정 단말기(12)를 통해 피검사체(2)에 대한 정보를 입력한다(ST1). 이때, 피검사체(2)의 정보는 무게, 길이, 폭, 두께 등을 포함한다. Referring to FIGS. 1 and 4, information on the
이후, 피검사체(2)를 측정 기구물(11)의 노드 라인(112)에 올려놓은 후 임펄스 툴(113)을 이용하여 피검사체(2)를 적당한 크기로 충격하여 기계적 진동을 발생시킨다(ST2).Thereafter, the
이후, 탐촉자 마이크폰(114)은 임펄스 툴(113)의 충격에 의해 피검사체(2)에서 발생된 기계적 진동에 대응하는 기계음을 전기적 신호로 변환하여 측정 단말기(12)로 전송한다(ST3). The
이후, 측정 단말기(12)는 탐촉자 마이크폰(114)에 의해 측정된 기계음에 대응되는 전기적 신호를 입력받아 일정 크기로 증폭한다(ST4).Then, the measuring
이후, 측정 단말기(12)는 증폭된 전기적 신호, 즉 주파수를 분석하여 공명 주파수를 분석(분리)한다(ST5). 이때, 상기 전기적 신호에서 공명 주파수를 찾는 방법은 복수 개의 피크를 갖는 주파수에서 최대 피크를 갖는 주파수를 찾는 방법으로 찾을 수 있다. Then, the measuring
이후, 분리된 공명 주파수와 피검사체(2)의 정보, 즉, 질량, 두께, 길이, 폭을 이용하여 하기의 수학 알고리즘(전용 프로그램)에 따라 동탄성계수 또는 전단계수를 측정한다(ST6).Then, the dynamic elastic modulus or the front-end number is measured according to the following mathematical algorithm (exclusive program) by using the separated resonance frequency and the information of the subject 2, that is, the mass, thickness, length and width (ST6).
도 5는 본 발명에 따른 실린더형 피검사체의 동탄성계수를 측정하는 방법을 설명하기 위해 도시한 도면으로서, 임펄스 포인트와 신호 수신 포인트를 설명하기 위해 도시한 개념도이다. FIG. 5 is a view for explaining a method of measuring the dynamic elastic modulus of a cylindrical test object according to the present invention, and is a conceptual diagram illustrating impulse points and signal receiving points.
먼저, 도 1 및 도 5와 같이, 피검사체(2)가 길이방향으로 한 쌍의 노드 라인(112)을 직교하도록 피검사체(2)를 한 쌍의 노드 라인(112) 상에 올려놓는다. 즉, 피검사체(2)가 한 쌍의 노드 라인(112)에 직교하는 방향으로 걸치도록 그 상부에 올려놓는다. First, as shown in Figs. 1 and 5, the
그리고, 도 5와 같이, 임펄스 툴(113)을 이용하여 임펄스 포인트(충격지점)(I)를 충격하는 동시에 탐촉자 마이크폰(114)을 신호 수신 포인트(O)에 위치시켜 임펄스 툴(113)의 충격에 의해 발생되는 기계음을 전기적 신호로 변환하여 측정 단말기(12)로 제공한다. 이때, 실린더형 구조의 피검사체(2)의 동탄성계수의 특성을 고려하여 임펄스 포인트(I)는 피검사체(2)의 일측부 중심부에 위치되는 것이 바람직하고, 신호 수신 포인트(O)는 피검사체(2)의 타측부 상부에 위치되는 것이 바람직하다.5, the
이후, 측정 단말기(12)는 탐촉자 마이크폰(114)에서 변환된 전기적 신호를 증폭한 후 증폭된 전기적 신호에서 피검사체(2)의 공명 주파수를 분리하고, 분리된 공명 주파수와 피검사체(2)의 정보를 이용하여 피검사체(2)의 동탄성계수를 측정한다. The measuring
도 6은 본 발명에 따른 실린더형 피검사체의 전단계수를 측정하는 방법을 설명하기 위해 도시한 도면으로서, 임펄스 포인트와 신호 수신 포인트를 설명하기 위해 도시한 개념도이다. FIG. 6 is a view for explaining a method of measuring the shear rate of a cylindrical test object according to the present invention, and is a conceptual diagram illustrating impulse points and signal receiving points.
먼저, 도 1 및 도 6과 같이, 피검사체(2)가 길이방향으로 한 쌍의 노드 라인(112)을 직교하도록 피검사체(2)를 한 쌍의 노드 라인(112) 상에 올려놓는다. 즉, 피검사체(2)가 한 쌍의 노드 라인(112)에 직교하는 방향으로 걸치도록 그 상부에 올려놓는다. First, as shown in Figs. 1 and 6, the
그리고, 도 6과 같이, 임펄스 툴(113)을 이용하여 임펄스 포인트(충격지점)(I)를 충격하는 동시에 탐촉자 마이크폰(114)을 신호 수신 포인트(O)에 위치시켜 임펄스 툴(113)의 충격에 의해 발생되는 기계음을 전기적 신호로 변환하여 측정 단말기(12)로 제공한다. 이때, 실린더형 구조의 피검사체(2)의 동탄성계수의 특성을 고려하여 임펄스 포인트(I)는 피검사체(2)가 한 쌍의 노드 라인(112)에 올려놓아진 상태에서 피검사체(2)의 중앙부 일측에 위치되는 것이 바람직하고, 신호 수신 포인트(O)는 피검사체(2)의 중앙부 상부에 위치되는 것이 바람직하다.6, the
이후, 측정 단말기(12)는 탐촉자 마이크폰(114)에서 변환된 전기적 신호를 증폭한 후 증폭된 전기적 신호에서 피검사체(2)의 공명 주파수를 분석하고, 분석된 공명 주파수와 피검사체(2)의 정보를 이용하여 피검사체(2)의 전단계수를 산출한다. The
이후, 측정된 동탄성계수 또는 전단계수를 이용하여 푸아송비를 산출한다(ST7).Then, the Poisson's ratio is calculated using the measured dynamic elasticity coefficient or the number of shear stages (ST7).
[수학식1]은 실린더형 피검사체의 푸아송비를 산출하기 위한 방정식이다. [Equation 1] is an equation for calculating the Poisson's ratio of the cylindrical inspected object.
여기서, 'E'는 동탄성계수(영계수), 'G'는 전단계수, 'μ'는 푸아송비, 'm'은 피검사체의 질량(g), 'D'는 피검사체의 지름(mm), 'L'은 피검사체의 길이(mm), 't'는 피검사체의 두께(mm), 'ff'는 피검사체의 기준 공진 주파수(fundamental resonant frequency of bar in flexure, Hz), 'T1''은 보정계수(correction factor for fundamental flexural mode to account for finite thickness of rod, Poisson's ratio, and so forth)이다. Here, 'E' is the dynamic modulus of elasticity (Young's modulus), 'G' is the shear rate, 'μ' is the Poisson's ratio, 'm' is the mass of the subject, 'D' is the diameter of the subject, , 'L' is the length (mm) of the subject, 't' is the thickness of the subject in mm, 'f f ' is the fundamental resonant frequency of the subject in Hz, 1 " is the correction factor for the fundamental flexural mode to account for finite thickness of rod, Poisson ' s ratio, and so forth.
만약, L/t≥20이면, T1'은 하기 [수학식2]와 같이 간략해질 수 있고,If L / t? 20 , T 1 'can be simplified as shown in the following equation (2)
만약, L/t<20이면, T1'은 하기 [수학식3]과 같다. If L / t < 20, T 1 'is expressed by the following equation (3).
이와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 임펄스법을 이용한 피검사체의 동탄성계수 및 푸아송비 측정방법은 도 1에 도시된 본 발명에 따른 측정장비(10)를 이용하여 실린더형 구조의 피검사체의 동탄성계수와 전단계수를 측정 기구물(11)과 전용 프로그램이 설치된 측정 단말기(12)를 이용하여 보다 간편하고 안정적으로 산출한 후 산출된 동탄성계수와 전단계수를 이용하여 수학 알고리즘을 통해 푸아송비를 산출할 수 있다. As described above, the dynamic elastic modulus and Poisson's ratio of the object to be inspected using the impulse method according to the embodiment of the present invention can be measured by using the measuring
이상에서와 같이 본 발명의 기술적 사상은 바람직한 실시예에서 구체적으로 기술되었으나, 상기한 바람직한 실시예는 그 설명을 위한 것이며, 그 제한을 위한 것이 아니다. 이처럼 이 기술 분야의 통상의 전문가라면 본 발명의 기술 사상의 범위 내에서 본 발명의 실시예의 결합을 통해 다양한 실시예들이 가능함을 이해할 수 있을 것이다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments. It will be understood by those skilled in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims.
2 : 피검사체
10 : 측정장비
11 : 측정 기구물
12 : 측정 단말기(컴퓨터)
111 : 측정 다이
112 : 한 쌍의 노드 라인
113 : 임펄스 툴
114 : 탐촉자 마이크폰
115 : 간격 조절 핸들2: subject
10: Measuring equipment
11: Measuring equipment
12: Measurement terminal (computer)
111: Measuring die
112: a pair of node lines
113: Impulse tool
114: Transducer microphone phone
115:
Claims (4)
(a) 피검사체에 대한 정보를 상기 측정 단말기에 입력하는 단계;
(b) 상기 측정 기구물을 이용하여 상기 피검사체에 임펄스를 가하여 기계음을 수신하여 전기적 신호로 변환하고, 상기 측정 단말기를 이용하여 상기 전기적 신호로부터 상기 피검사체의 공명 주파수를 분석한 후 분석된 공명 주파수와 상기 피검사체의 정보를 이용하여 상기 피검사체의 동탄성계수와 전단계수를 각각 산출하되;
(b-1) 한 쌍의 노드 라인을 직교하도록 상기 피검사체를 상기 한 쌍의 노드 라인 상에 올려놓은 상태에서 상기 임펄스 툴을 이용하여 상기 피검사체의 일측부 중심부를 충격하여 기계음을 발생시키는 동시에 탐촉자 마이크폰을 상기 피검사체의 타측부 상부에 위치시켜 상기 기계음을 수신하여 전기적 신호로 변환하는 단계;
(b-2) 상기 탐촉자 마이크폰에서 변환된 전기적 신호를 상기 측정 단말기에서 증폭한 후 증폭된 전기적 신호에서 상기 피검사체의 공명 주파수를 분석하고, 분석된 공명 주파수와 상기 피검사체의 정보를 이용하여 상기 피검사체의 동탄성계수를 산출하는 단계;
(b-3) 상기 한 쌍의 노드 라인 중 어느 하나의 상부에 나란하도록 상기 피검사체를 올려놓은 상태에서 상기 임펄스 툴을 이용하여 상기 피검사체의 중앙부 일측을 충격하여 기계음을 발생시키는 동시에 상기 탐촉자 마이크폰을 상기 피검사체의 중앙부 상부에 위치시켜 상기 기계음을 수신하여 전기적 신호로 변환하는 단계;
(b-4) 상기 탐촉자 마이크폰에서 변환된 전기적 신호를 상기 측정 단말기에서 증폭한 후 증폭된 전기적 신호에서 상기 피검사체의 공명 주파수를 분석하고, 분석된 공명 주파수와 상기 피검사체의 정보를 이용하여 상기 피검사체의 동탄성계수를 측정하는 단계를 이루어지는 피검사체의 동탄성계수와 전단계수를 각각 산출하는 단계; 및
(c) 측정된 동탄성계수와 상기 전단계수를 이용하여 상기 피검사체의 푸아송비를 산출하는 단계;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 실린더 형상에 대한 IET 기법을 이용한 동탄성 측정방법.
A measuring instrument for generating a mechanical vibration by applying an impulse to an object to be inspected and converting a mechanical sound corresponding to the mechanical vibration generated by the inspection object into an electrical signal; The resonance frequency of the subject is analyzed, and the dynamic elastic coefficient and the frontal stage number are calculated based on the analyzed resonance frequency of the subject and information of the inputted subject, and the calculated dynamic elastic modulus and the frontal stage number are used And a measurement terminal for calculating a Poisson's ratio, the method comprising the steps of: measuring a dynamic elastic modulus and a Poisson's ratio of a cylinder-
(a) inputting information on an object to be measured to the measuring terminal;
(b) applying an impulse to the object to be inspected using the measuring instrument, receiving the mechanical sound, converting the mechanical sound into an electrical signal, analyzing the resonance frequency of the object from the electrical signal using the measuring terminal, And calculating the dynamic modulus of elasticity and the front-end number of the object to be inspected respectively using the information of the object to be inspected;
(b-1) the impulse tool is used to impinge the central portion of one side of the test subject in a state in which the test subject is placed on the pair of node lines so that a pair of node lines are orthogonal to each other, Placing the transducer microphone on an upper portion of the other side of the object to receive the mechanical sound and converting the mechanical sound into an electrical signal;
(b-2) amplifying the electrical signal converted in the transducer microphone by the measuring terminal, analyzing the resonance frequency of the subject in the amplified electrical signal, and using the analyzed resonance frequency and the information of the subject Calculating a dynamic modulus of elasticity of the object to be inspected;
(b-3) a machine sound is generated by impacting one side of the central part of the subject using the impulse tool in a state in which the subject is placed on top of any one of the pair of node lines, Placing the phonemes above the central portion of the subject to receive the mechanical sounds and converting them into electrical signals;
(b-4) amplifying the electrical signal converted in the transducer microphone by the measuring terminal, analyzing the resonance frequency of the subject in the amplified electrical signal, and using the analyzed resonance frequency and the information of the subject Calculating a dynamic modulus of elasticity and a front-end coefficient of the object to be inspected, the step of measuring the dynamic modulus of elasticity of the object to be inspected; And
(c) calculating a Poisson's ratio of the subject using the measured dynamic modulus of elasticity and the shear phase;
And measuring the dynamic elasticity of the cylinder shape using the IET technique.
상기 측정 기구물은,
측정 다이;
상기 측정 다이의 상부에 이동 가능하게 설치되고 상기 피검사체를 지지하는 한 쌍의 노드 라인;
상기 한 쌍의 노드 라인 사이에 안착된 상기 피검사체에 임펄스를 가하는 임펄스 툴; 및
상기 임펄스 툴의 충격에 의해 상기 피검사체에서 발생된 기계적 진동에 대응하는 기계음을 수신한 후 전기적 신호로 변환하여 상기 측정 단말기로 전송하는 탐촉자 마이크폰;
을 포함하는 것을 특징으로 하는 실린더 형상에 대한 IET 기법을 이용한 동탄성 측정방법.
The method according to claim 1,
The measuring instrument includes:
A measuring die;
A pair of node lines movably installed on the upper portion of the measurement die and supporting the test object;
An impulse tool for applying an impulse to the object placed between the pair of node lines; And
A transducer microphone for receiving a mechanical sound corresponding to the mechanical vibration generated in the subject by the impact of the impulse tool, converting the mechanical sound into an electrical signal, and transmitting the electrical signal to the measuring terminal;
Wherein the method comprises the steps of: (a) measuring a dynamic shape of the cylinder shape;
상기 측정 기구물은,
상기 측정 다이의 내부에 설치되어 적어도 일부가 상기 한 쌍의 노드 라인과 결합되어 상기 한 쌍의 노드 라인을 서로 근접 또는 멀어지는 방향으로 이동시키는 이송수단; 을 더 포함하되,
상기 이송수단은 상기 측정 다이의 일측에 설치된 간격 조절 핸들을 통해 수동으로 제어되어 동작하거나, 또는 모터에 의해 자동으로 제어되어 동작하는 것을 특징으로 하는 실린더 형상에 대한 IET 기법을 이용한 동탄성 측정방법.The method of claim 3,
The measuring instrument includes:
Transport means installed inside the measuring die and at least a part of which is combined with the pair of node lines to move the pair of node lines in a direction close to or away from each other; , ≪ / RTI >
Wherein the transferring means is manually controlled or operated through a gap adjusting handle provided on one side of the measuring die or is automatically controlled and operated by a motor.
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