KR100961397B1 - 파괴 인성 시험용 지그 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 파괴 인성 시험용 지그에 관한 것으로, 좀더 상세하게는 파괴 양상을 나타내는 모드 1(mode 1) 및 모드 2(mode 2)의 동시 하중 또는 각각의 모드 1(mode 1) 이나 모드 2(mode 2)의 하중 부여 등의 다양한 하중 조건에 따른 파괴 인성 시험을 할 수 있는 파괴 인성 시험용 지그에 관한 것이다.
상기와 같은 본 발명에 따른 파괴 인성 시험용 지그는 동일 평면상에 형성되는 제1, 2 고정부 및 제1, 2 하중발생부를 포함하는 파괴 인성 시험기에 결합하여 파괴 인성치를 구하고자 하는 시험편을 고정하는 파괴 인성 시험용 지그에 있어서, 상기 제1, 2 고정부 측에 각각 결합하는 제1, 2 지그 고정부; 상기 제1, 2 지그 고정부와 각각 결합하는 제1, 2 결합부; 상기 제1, 2 결합부와 각각 결합하는 제1, 2 연결부; 상기 제1 연결부와 일 측이 결합하고, 상기 제2 연결부와 타 측이 결합하는 제1 지그부; 상기 제1, 2 하중발생부 측에 각각 결합하는 제3, 4 지그 고정부; 상기 제3, 4 지그 고정부와 각각 결합하는 제3, 4 결합부; 상기 제3, 4 결합부와 각각 결합하는 제3, 4 연결부; 및 상기 제3 연결부와 일 측이 결합하고, 상기 제4 연결부와 타 측이 결합하는 제2 지그부;를 포함하고, 상기 제1, 2 하중발생부를 통해 상기 시험편에 1축 또는 2축 방향으로 하중을 가할 수 있는 구조를 갖는다.
파괴, 인성, 지그, 시편, 시험편

Description

파괴 인성 시험용 지그{Jig For Break-Down Test}
본 발명은 파괴 인성 시험용 지그에 관한 것으로, 좀더 상세하게는 파괴 양상을 나타내는 모드 1(mode 1) 및 모드 2(mode 2)의 동시 하중 또는 각각의 모드 1(mode 1) 이나 모드 2(mode 2)의 하중 부여 등의 다양한 하중 조건에 따른 파괴 인성 시험을 할 수 있는 파괴 인성 시험용 지그에 관한 것이다.
파괴 인성치(Fracture Toughness)는 파괴역학적 인자로서 시편이 외부 하중에 견딜수 있는 저항 정도를 나타내는 재료 고유의 성질이다. 이 물성치를 측정하는 것은 제품 구조물 해석에 매우 중요하다.
재료의 파괴인성을 측정하기 위해서 일정 크기의 균열을 가지는 시편에 응력을 가하여 파괴를 일으킨 후, 그 파괴응력을 구하게 된다. 재료의 파괴 인성치는 재료의 파괴역학적인 관점에서 보았을 때 재료의 이론적 강도보다 실제적 강도가 약하기 때문에 도입된 개념이다.
통상, 재료의 CT시험편(COMPACT TENSION SPECIMEN)을 이용하여 파괴 인성 시험시에 나타나는 파괴양상은 세 가지 모드(MODE)로 구분할 수 있다.
도 1에서는 파괴양상의 세 가지 모드를 개략적으로 나타내고 있으며, 도 1a 는 노치 선단(n)에서 상/하 방향으로 각각 힘(f)을 가했을 때의 모습(mode 1)이고, 도 1b는 노치 선단(n)에서 좌/우 방향으로 각각 힘(f)을 가했을 때의 모습(mode 2)이며, 도 1c는 노치 선단(n)에서 전/후 방향으로 각각 힘(f)을 가했을 때의 모습(mode 3)을 나타낸다.
이러한 종래의 파괴인성시험은 일축 방향으로 힘을 가하여 발생하는 파괴 인성치를 얻는 일축 시험이 대부분 행해졌다. 따라서, 실제 환경에서 재료에 가해지는 다양한 방향의 응력에 따른 정확한 재료의 파괴 인성치를 구하기는 어려운 면이 있었다.
일축 시험은 시험편의 일 측을 고정하고 타 측에 힘을 가함으로써, 시험편의 파괴 인성치를 얻는 것인데, 재료에 다양하게 적용되는 하중 조건에 만족하는 파괴 인성치를 얻기 위한 것으로, 상술한 모드 1(mode 1)과 모드 2(mode 2)에 의한 별도의 거동 실험은 이에 적합하지 않으며, 이에 따라 이축 시험을 동시에 진행할 수 있는 지그(Jig)의 필요성이 요구되고 있다.
상기와 같은 필요성에 의한 본 발명은 시험편에 2축 하중을 동시에 발생시키거나 1축 하중만을 발생시키는 등 다양한 하중 조건을 부여하여 시험편의 파괴 인성치를 구할 수 있는 구조를 갖는 파괴 인성 시험용 지그를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 파괴 인성 시험용 지그는 동일 평면상에 형성되는 제1, 2 고정부 및 제1, 2 하중발생부를 포함하는 파괴 인성 시험기에 결합하여 파괴 인성치를 구하고자 하는 시험편을 고정하는 파괴 인성 시험용 지그에 있어서, 상기 제1, 2 고정부 측에 각각 결합하는 제1, 2 지그 고정부; 상기 제1, 2 지그 고정부와 각각 결합하는 제1, 2 결합부; 상기 제1, 2 결합부와 각각 결합하는 제1, 2 연결부; 상기 제1 연결부와 일 측이 결합하고, 상기 제2 연결부와 타 측이 결합하는 제1 지그부; 상기 제1, 2 하중발생부 측에 각각 결합하는 제3, 4 지그 고정부; 상기 제3, 4 지그 고정부와 각각 결합하는 제3, 4 결합부; 상기 제3, 4 결합부와 각각 결합하는 제3, 4 연결부; 및 상기 제3 연결부와 일 측이 결합하고, 상기 제4 연결부와 타 측이 결합하는 제2 지그부;를 포함하고, 상기 제1, 2 하중발생부를 통해 상기 시험편에 1축 또는 2축 방향으로 하중을 가할 수 있는 구조를 갖는다.
바람직하게는, 상기 제1, 3 지그 고정부는 X축 상에 위치하고, 상기 제2, 4 지그 고정부는 상기 제1, 3 지그 고정부와 각 직각 방향의 Y축 상에 위치하는 것을 특징으로 한다.
또한 바람직하게는, 상기 제1, 3 결합부는 상기 제1, 3 연결부의 일측면을 따라 상/하 슬라이딩 운동할 수 있도록 각각 결합되고, 상기 제2, 4 결합부는 상기 제2, 4 연결부의 일측면을 따라 좌/우 슬라이딩 운동할 수 있도록 각각 결합되는 것을 특징으로 한다.
한편, 바람직하게는, 상기 제1, 2 지그부는 상기 제1 내지 제4 연결부의 각 양 측면에 한 쌍의 지그가 각 대칭되게 결합한 구조를 갖는 것을 특징으로 한다.
더 바람직하게는, 상기 제1 지그부는 상기 제1 연결부 측으로부터 상기 제2 연결부 측으로 연장 형성되고, 상기 제2 지그부는 상기 제3 연결부 측으로부터 상기 제4 연결부 측으로 연장 형성되며, 상기 제1 지그부 및 제2 지그부의 중심부에는 CT 시험편을 고정할 수 있는 가이드부가 상호 대칭되게 더 형성된 구조를 갖는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 본 발명에 따른 파괴 인성 시험용 지그에 의하면, 실험자가 원하는 모드에 따라 파괴 양상을 나타내는 모드 1(mode 1) 및 모드 2(mode 2)의 동시 하중 또는 각각의 모드 1(mode 1)이나 모드 2(mode 2)의 하중 부여에 따른 파괴 인성 시험을 할 수 있는 효과가 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세히 설명하 고자 한다. 첨부 도면 중, 도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 파괴 인성 시험용 지그 및 시험편의 모습을 보여주는 도면이고, 도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 파괴 인성 시험용 지그와 시험기가 결합된 모습을 개략적으로 보여주는 도면이다.
본 발명에 따른 파괴 인성 시험용 지그(100)는 시험편(200)에 2축 하중을 동시에 발생시키거나 1축 하중만을 발생시켜 시험편(200)의 파괴 인성치를 구할 수 있도록 하는 시험편 고정 지그이다.
상기 파괴 인성 시험용 지그(100)에 의해서 파괴 양상을 나타내는 모드 1(mode 1) 및 모드 2(mode 2)의 동시 실험을 할 수 있으며, 또한 실험자가 원하는 바에 따라 1축 방향의 실험을 할 수 있게 된다.
본 발명의 실시 예에서 사용되는 시험편(200)은 상호 직각으로 네 방향에 따라 형성되는 시험편 삽입부(210)가 형성된 구조를 갖는 시험편을 사용하게 된다. 이러한 구조의 시험편은 후술할 파괴 인성 시험용 지그의 제1, 2 지그부(150, 160)에 네 방향으로 결합하여 1축 또는 2축 하중이 전달된다.
상기 도면을 참고하면, 본 발명에 따른 파괴 인성 시험용 지그(100)는 제1 지그 고정부(110)와 제2 지그 고정부(120), 제1 결합부(113)와 제2 결합부(123), 제1 연결부(111)와 제2 연결부(121), 제1 지그부(150), 제3 지그 고정부(130)와 제4 지그 고정부(140), 제3 결합부(133)와 제4 결합부(143), 제3 연결부(131)와 제4 연결부(141), 및 제2 지그부(160)를 포함하여 이루어진다.
본 발명에 따른 파괴 인성 시험용 지그(100)는 파괴 인성 시험기(300)에 결 합하여 사용하게 되는데, 파괴 인성 시험기(300)는 제1 고정부(310), 제2 고정부(320), 제1 하중발생부(330), 및 제2 하중발생부(340)가 동일 평면상에 형성된다.
따라서, 제1 지그 고정부(110)는 파괴 인성 시험기(300)의 제1 고정부(310) 측에 결합하고, 제2 지그 고정부(120)는 제2 고정부(320) 측에 결합한다. 또한, 제3 지그 고정부(130)는 제1 하중발생부(330) 측에 결합하고, 제4 지그 고정부(140)는 제2 하중발생부(340) 측에 각각 결합하게 된다.
제1 지그 고정부(110)와 제2 지그 고정부(120)의 일측에는 제1 결합부(113)와 제2 결합부(123)가 각각 결합되고, 제3 지그 고정부(130)와 제4 지그 고정부(140)의 일측에는 제3 결합부(133)와 제4 결합부(143)가 각각 결합한 후, 제1, 3 결합부(113, 133)는 제1, 3 연결부(111, 131)의 일측면을 따라 상/하 슬라이딩 운동할 수 있도록 각각 결합되고, 제2, 4 결합부(123, 143)는 제2, 4 연결부(121, 141)의 일측면을 따라 좌/우 슬라이딩 운동할 수 있도록 각각 결합되는 구조이다.
여기서, 제1, 3 결합부(113, 133)가 제1, 3 연결부(111, 131)의 일측면을 따라 좌/우 슬라이딩 운동할 수 있도록 제1, 3 연결부(111, 131)에 결합되고, 제2, 4 결합부(123, 143)가 제2, 4 연결부(121, 141)의 일측면을 따라 상/하 슬라이딩 운동할 수 있도록 제2, 4연결부(121, 141)에 결합됨으로써, 시험편(200)의 파괴 인성 시험시에 시험편(200)에 가해지는 하중에 의해 발생되는 시험편(200)의 구속력을 없애고, 자유단으로의 역할을 하게 된다.
즉, 네방향으로 형성된 시험편 삽입부(210)를 파괴 인성용 시험 지그(100)에 고정한 후, X축 방향으로 시험편(200)에 하중을 가하면 측정하고자 하는 X축 방향으로 형성된 시험편 삽입부(210a)는 물론 Y축 방향으로 형성된 시험편 삽입부(210b)도 X축 방향으로 하중을 받게 된다.
이때, 제1, 3지그고정부(110, 130)가 제1, 3 결합부(113,133)와 제1, 3연결부(111, 131)에 의해 좌/우로 슬라이딩 운동함으로써, 측정하려고 하는 X축 방향의 값과 관계없는 Y축 방향으로 형성된 시험편 삽입부(210a)의 구속력에 의한 영향을 없애줌으로써 정확한 실험이 가능하도록 하는 것이다.
마찬가지로 Y축 방향으로 시험편(200)에 하중을 가하면 제2, 4 결합부(123, 143)와 제2, 4 연결부(121, 141)에 의해 제2, 4 지그고정부(120, 140)가 상/하로 슬라이딩 운동함으로써, 측정하려고 하는 Y축 방향의 값과 관계없는 X축 방향으로 형성된 시험편 삽입부(210b)의 구속력에 의한 영향을 없애줌으로써 정확한 실험이 가능하도록 한다.
본 발명의 파괴 인성용 시험 지그(100)에 의하면, 상기와 같은 제1 내지 제4 지그고정부(110, 120, 130, 140)의 슬라이딩 운동에 의해 1축 방향은 물론 2축 방향의 하중 부여에 따른 인성 실험이 모두 가능하게 되는 것이다.
발명에 따른 제1, 3 지그 고정부(110, 130)는 동일 축인 X축 상에 위치하며, 제2, 4 지그 고정부(120, 140)는 제1, 3 지그 고정부(110, 130)와 각각 직각 방향의 Y축 상에 위치한다. 즉, 제1 내지 제4 지그 고정부(110, 120, 130, 140)는 360°를 네 등분하여 상호 수직 방향으로 위치하게 된다.
따라서, 제1 지그 고정부(110)는 파괴 인성 시험기(300)의 제1 고정부(310) 측에 고정되며, 제3 지그 고정부(130)는 제1 하중발생부(130)에 의한 X축 방향으로의 하중 발생에 의해 시험편(200)에 하중을 전달하게 된다.
그리고 이와 동일하게 제2 지그 고정부(120)는 파괴 인성 시험기(300)의 제2 고정부(320) 측에 고정되며, 제4 지그 고정부(140)는 제2 하중발생부(140)에 의한 Y축 방향으로의 하중 발생에 의해 시험편(200)에 하중을 전달하게 된다.
이와 같이, 제1 하중발생부(130) 및 제2 하중발생부(140)에 의해 시험편(200)에 전달되는 하중은 종래 기술에서 언급한 모드 1(mode 1) 또는 모드 2(mode 2)에 의한 파괴 양상 모드를 발생할 수 있으며, 모드 1(mode 1)과 모드 2(mode 2)의 동시 파괴 양상 모드를 발생할 수도 있다. 즉, 1축 단일 또는 2축 동시 방향으로 하중을 가할 수 있게 되는 것이다.
발명에 따른 제1 지그부(150)는 제1 연결부(111)와 일 측이 결합하고, 제2 연결부(121)와 타 측이 결합하는 것으로, 이는 제1 연결부(111) 측으로부터 제2 연결부(121) 측으로 연장 형성되는 구조를 가진다. 그리고 이 제1 지그부(150)는 제1 연결부(111) 및 제2 연결부(121)의 양 측면에 한 쌍의 지그(150a, 150b)가 대칭되게 결합한 구조이다.
본 발명에 따른 제2 지그부(160)는 제3 연결부(131)와 일 측이 결합하고, 제4 연결부(141)와 타 측이 결합하는 것으로, 이는 제3 연결부(131) 측으로부터 제4 연결부(141) 측으로 연장 형성되는 구조를 가진다. 그리고 이 제2 지그부(160)는 제3 연결부(131) 및 제4 연결부(141)의 양 측면에 한 쌍의 지그(160a, 160b)가 대칭되게 결합한 구조이다.
한 쌍의 지그 사이에는 시험편(200)이 삽입되어 제1 지그부(150)에 의해 시험편(200)이 고정되고, 제2 지그부(160)에 의해 제1 하중발생부(130) 및 제2 하중발생부(140)를 통해 발생하는 하중이 전달되어 시험편(200)의 파괴 인성치를 구하기 위한 실험이 가능하게 된다. 이때, 제1 하중발생부(130)와 제2 하중발생부(140)는 각각 독립적으로 제어가 되며, 이에 따라 1축 하중 시험 또는 2축 하중 시험이 가능하게 된다.
한편, 본 발명에 따른 제1 지그부(150) 및 제2 지그부(160)는 지그부의 중심부에 상술한 네 방향의 시험편 삽입부(210)를 가진 시험편(200)이 아닌 일반적으로 파괴 인성 시험에 사용되는 CT 시험편(400, Compact Tension Specimen)을 고정할 수 있는 가이드부(151, 161)가 상호 대칭되게 형성된 구조를 갖는다.
통상, CT 시험편(400)은 본 발명의 실시 예에 사용된 시험편(200)의 크기보다 작으며, 구체적인 CT 시험편(400)의 형상은 종래 기술에서 언급한 도 1a 내지 도 1c에 나타낸 시험편과 동일하다.
도 3에 도시한 바와 같이 통상의 CT 시험편(400)을 제1, 2 지그부(150, 160)의 중심부에 형성된 가이드(151, 161)에 고정한 후, 제1 하중발생부(330)를 통해 통상의 CT 시험편(400)에 하중을 전달하면 통상의 CT 시험편은 노치 선단에서 좌/우 방향으로 각각 하중을 받게 된다.
그리고 제2 하중발생부(340)를 통해 통상의 CT 시험편(400)에 하중을 전달하 면 통상의 CT 시험편은 노치 선단에서 상/하 방향으로 각각 하중을 받게 된다.
이처럼, 본 발명의 파괴 인성 시험용 지그(100)는 제1, 2 지그부(150, 160)의 중심부에 파괴 인성 시험에 사용되는 통상의 CT 시험편을 고정할 수 있는 가이드부(151, 161)를 구비함으로써, 본 발명의 네 방향의 시험편 삽입부를 가진 시험편뿐만 아니라 통상의 CT 시험편을 이용하여 일반적인 파괴 인성 시험도 병행할 수 있다.
상기와 같은 본 발명에 따른 파괴 인성 시험용 지그에 의하면, 실험자가 원하는 모드에 따라 파괴 양상을 나타내는 모드 1(mode 1) 및 모드 2(mode 2)의 동시 하중 또는 각각의 모드 1(mode 1)이나 모드 2(mode 2)의 하중 부여에 따른 파괴 인성 시험을 할 수 있는 효과가 있다.
본 발명은 상기에서 도면을 참조하여 특정 실시 예에 관련하여 상세히 설명하였지만 본 발명이 이와 같은 특정 구조에 한정되는 것은 아니다. 당 업계의 통상의 지식을 가진 자라면 이하의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 기술 사상 및 권리범위를 벗어나지 않고서도 본 발명의 실시 예를 다양하게 수정 또는 변경시킬 수 있을 것이다. 그러나 그와 같은 단순한 실시 예의 수정 또는 설계변형 구조들은 모두 명백하게 본 발명의 권리범위 내에 속하게 됨을 미리 밝혀 두고자 한다.
도 1은 일반적인 파괴 인성 시험에서 시험편의 파괴양상의 세 가지 모드를 개략적으로 나타내는 도면;
도 1a는 노치 선단(n)에서 상/하 방향으로 각각 힘(f)을 가했을 때의 모습(mode 1);
도 1b는 노치 선단(n)에서 좌/우 방향으로 각각 힘(f)을 가했을 때의 모습(mode 2);
도 1c는 노치 선단(n)에서 전/후 방향으로 각각 힘(f)을 가했을 때의 모습(mode 3);
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 파괴 인성 시험용 지그 및 시험편의 모습을 보여주는 도면; 및
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 파괴 인성 시험용 지그와 시험기가 결합된 모습을 개략적으로 보여주는 도면이다.
※도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
100: 파괴 인성 시험용 지그
110, 120, 130, 140: 제1, 2, 3, 4 지그 고정부
111, 121, 131, 141: 제1, 2, 3, 4 연결부
113, 123, 133, 143: 제1, 2 ,3, 4 결합부
150, 160: 제1, 2 지그부 151, 161: 가이드부
200: 시험편 300: 파괴 인성 시험기
310, 320: 제1, 2 고정부 330, 340: 제1, 2 하중발생부

Claims (5)

  1. 동일 평면상에 형성되는 제1, 2 고정부 및 제1, 2 하중발생부를 포함하는 파괴 인성 시험기에 결합하여 파괴 인성치를 구하고자 하는 시험편을 고정하는 파괴 인성 시험용 지그에 있어서,
    상기 제1, 2 고정부 측에 각각 결합하는 제1, 2 지그 고정부;
    상기 제1, 2 지그 고정부와 각각 결합하는 제1, 2 결합부;
    상기 제1, 2 결합부와 각각 결합하는 제1, 2 연결부;
    상기 제1 연결부와 일 측이 결합하고, 상기 제2 연결부와 타 측이 결합하는 제1 지그부;
    상기 제1, 2 하중발생부 측에 각각 결합하는 제3, 4 지그 고정부;
    상기 제3, 4 지그 고정부와 각각 결합하는 제3, 4 결합부;
    상기 제3, 4 결합부와 각각 결합하는 제3, 4 연결부; 및
    상기 제3 연결부와 일 측이 결합하고, 상기 제4 연결부와 타 측이 결합하는 제2 지그부;를 포함하고,
    상기 제1, 2 하중발생부를 통해 상기 시험편에 1축 또는 2축 방향으로 하중을 가할 수 있는 구조를 갖는 파괴 인성 시험용 지그.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 제1, 3 지그 고정부는 X축 상에 위치하고, 상기 제2, 4 지그 고정부는 상기 제1, 3 지그 고정부와 각 직각 방향의 Y축 상에 위치하는 것을 특징으로 하는 파괴 인성 시험용 지그.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 제1, 3 결합부는 상기 제1, 3 연결부의 일측면을 따라 상/하 슬라이딩 운동할 수 있도록 각각 결합되고, 상기 제2, 4 결합부는 상기 제2, 4 연결부의 일측면을 따라 좌/우 슬라이딩 운동할 수 있도록 각각 결합되는 것을 특징으로 하는 파괴 인성 시험용 지그.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 제1, 2 지그부는 상기 제1 내지 제4 연결부의 각 양 측면에 한 쌍의 지그가 각 대칭되게 결합한 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 파괴 인성 시험용 지그.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 제1 지그부는 상기 제1 연결부 측으로부터 상기 제2 연결부 측으로 연장 형성되고, 상기 제2 지그부는 상기 제3 연결부 측으로부터 상기 제4 연결부 측 으로 연장 형성되며, 상기 제1 지그부 및 제2 지그부의 중심부에는 CT 시험편을 고정할 수 있는 가이드부가 상호 대칭되게 더 형성된 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 파괴 인성 시험용 지그.
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