KR100965226B1 - 연속압입시험법을 이용한 잔류응력 측정방법 - Google Patents

연속압입시험법을 이용한 잔류응력 측정방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 연속압입시험기를 이용한 잔류응력 측정방법에 있어서 재료의 쌓임(pile-up)과 함몰(sink-in), 압입자에 따른 오차를 보정하여 보다 정확한 잔류응력을 측정할 수 있는 잔류응력 측정방법에 관한 것이다.

Description

연속압입시험법을 이용한 잔류응력 측정방법{EVALUATING METHOD OF THE RESIDUAL STRESS DETERMINING METHOD USING THE CONTINUOUS INDENTATION METHOD}
본 발명은 잔류응력 측정방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 연속압입시험기를 이용한 잔류응력 측정방법에 있어서 재료의 쌓임(pile-up)과 함몰(sink-in), 압입자에 따른 오차를 보정하여 보다 정확한 잔류응력을 측정할 수 있는 잔류응력 측정방법에 관한 것이다.
측정대상이 되는 재료에서 시편을 채취한 후, 재료에 하중을 가하면서 재료의 내부에 남아있는 응력을 측정하는 방법이 개시되고 있다. 특히 실제 사용되고 있는 건축물이나 산업설비의 잔류응력을 측정하기 위해서는 실제 시편을 채취하는 파괴적인 실험방법을 사용할 수 없으므로, 비파괴적인 측정방법이 도입될 필요가 있다.
이에 따라 재료의 표면에 연속적으로 하중의 인가와 제거를 반복함으로써 압입하중과 압입깊이를 측정하고, 이를 바탕으로 잔류응력을 계산하는 방법에 관한 기술이 개시되고 있다.
본 발명의 출원인과 동일인에 의하여 선출원되어 등록된 등록특허 제0416723호 "잔류응력 측정장치 및 이 장치를 이용한 잔류응력 데이터측정방법, 잔류응력 측정방법 및 이 측정방법을 기록한 기록매체" 및 등록특허 제517857 호 "연속압입시험법을 이용한 잔류응력 측정방법"이 개시되어 있다.
이와 같이 종래의 계장화 압입시험법을 이용하여 잔류응력을 평가하기 위해서는 두가지 압입자가 사용되었다. 특히, 등록특허 제517857호에 개시된 일반적인 잔류응력 측정방법에서는 각진(비커스) 압입자를 이용하게 되고, 강도비가 필요한 대상물에서는 추가적으로 구형압입자가 적용되었다.
그런데, 잔류응력 평가 결과의 정확성을 높이기 위해서는 시험 압입자마다 실제 값을 평가하여 이를 적용하는 과정이 필요하였다.
본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 압입자의 변형과 재료의 파일업, 싱크인에 따른 오차를 보정할 수 있는 잔류응력 측정방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한 본 발명은 잔류응력 평가 결과의 정확성을 높이기 위해서는 시험 압입자마다 실제 값을 평가하여 잔류 응력을 측정하는 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
전술한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은, 재료의 잔류응력을 측정하는 방법으로서, 상기 재료의 무응력 상태에서의 기준시편에 대하여 압입하중의 연속적인 인가 및 제거를 반복하여 무응력 상태에서의 압입하중-변위곡선을 생성하고, 상기 무응력 상태에서의 압입하중-변위곡선에서 최대하중과 최대압입깊이(hmax), 최종 압입깊이(hf)를 측정하고, 상기 최대압입깊이(hmax)와 압입자에 따른 보정함수(fV')로부터 실제압입깊이(hc V)를 계산하고, 상기 실제압입깊이(hc V)로부터 접촉면적(AC)을 계산하여 상기 기준시편에 대한 무응력곡선(응력기준곡선)을 생성하는 단계와; 상기 재료의 응력 상태에서의 실제시편에 대하여 압입하중을 연속적으로 인가 및 제거하여 상기 실제시편에 대한 응력곡선을 생성하는 단계와; 상기 응력기준곡선과 상기 응력곡선 사이의 비교를 통하여 얻어진 하중차이(ΔL)와, 하중인가 곡선으로부터 얻어진 응력상태에서의 접촉면적(AS)으로부터 상기 재료의 잔류응력을 측정하는 단계;를 포함하는 연속압입시험법을 이용한 잔류응력 측정방법을 제공한다.
다른 측면에서, 본 발명은 시험기 본체 내측에 설치되는 구동기와; 상기 구동기의 구동에 의해 측정시편에 압입 하중을 가하는 압입자와; 상기 압입자가 측정시편에 전달하는 하중을 측정하는 하중센서와; 상기 압입자가 측정시편에 압입되는 깊이를 측정하는 변위센서와; 상기 시험기 본체 내측에 설치되며 상기 구동기와 인터페이스로 연결되어 제어프로그램으로 독자적으로 상기 구동기를 제어하는 마이콤와; 재료의 무응력 상태에서의 기준시편에 대하여 압입하중의 연속적인 인가 및 제거의 반복으로 무응력 상태에서의 압입하중-변위곡선을 생성하고, 상기 무응력 상태에서의 압입하중-변위곡선에서 최대하중과 최대압입깊이(hmax), 최종 압입깊이(hf)를 측정하고, 상기 최대압입깊이(hmax)와 압입자에 따른 보정함수(fV')로부터 실제압입깊이(hc V)를 계산하고, 상기 실제압입깊이(hc V)로부터 접촉면적(AC)을 계산하여 상기 기준시편에 대한 무응력곡선(응력기준곡선)을 생성하며, 상기 재료의 응력 상태에서의 실제시편에 대하여 압입하중을 연속적으로 인가 및 제거하여 상기 실제시편에 대한 응력곡선을 생성하며, 상기 응력기준곡선과 상기 응력곡선 사이의 비교를 통하여 얻어진 하중차이(ΔL)와, 하중인가 곡선으로부터 얻어진 응력상태에서의 접촉면적(AS)으로부터 상기 재료의 잔류응력을 측정하여 재료의 잔류응력을 연산하는 메인컴퓨터를 포함하는 압입시험기를 제공한다.
또다른 측면에서, 재료의 무응력 상태에서의 기준시편에 대하여 압입하중의 연속적인 인가 및 제거를 반복하여 무응력 상태에서의 압입하중-변위곡선을 생성하고, 상기 무응력 상태에서의 압입하중-변위곡선에서 최대하중과 최대압입깊이(hmax)를 측정하고, 상기 최대압입깊이(hmax)와 압입자에 따른 보정함수(fV')로부터 실제압입깊이(hc V)를 계산하고, 상기 실제압입깊이(hc V)로부터 접촉면적(AC)을 계산하여 상기 기준시편에 대한 무응력곡선(응력기준곡선)을 생성하는 단계와; 상기 재료의 응력 상태에서의 실제시편에 대하여 압입하중을 연속적으로 인가 및 제거하여 상기 실제시편에 대한 응력곡선을 생성하는 단계와; 상기 응력기준곡선과 상기 응력곡선 사이의 비교를 통하여 얻어진 하중차이(ΔL)와, 하중인가 곡선으로부터 얻어진 응력상태에서의 접촉면적(AS)으로부터 상기 재료의 잔류응력을 측정하는 단계를 수행하는 잔류응력 측정 프로그램을 저장하는 컴퓨터가 읽을 수 있는 저장매체을 제공한다.
이때, 상기 보정함수 (fV')는 아래 수학식으로 표현되며, 상기 실제압입깊이(hc V)로부터 실제접촉면적(AC)은
Figure 112010012557274-pat00001
에 의해 계산될 수 있다.
Figure 112010012557274-pat00002
여기서, hf는 최종 압입깊이이며, a' 및 b'는 상기 압입자의 고유한 상수이다.
도1은 종래기술에 따른 잔류응력 측정장치 중 본체의 정단면도.
도2는 잔류응력 측정장치를 통해 얻은 압입하중-변위곡선 그래프.
도3은 하중인가와 하중제거의 전환시점에서 실제곡선의 형태를 나타낸 그래프.
도 4는 인장물성들과 보정함수의 관계를 나타낸 그래프.
도 5는 E/σy 및 E/H와 hmax/(hmax-hf)의 관계를 나타낸 그래프.
도 6은 보정함수(fv)와 hmax/(hmax-hf)의 상관관계를 나타낸 도면.
도 7은 압입자에 따른 보정함수를 나타낸 그래프들이다.
도 8은 압입자의 불완전성을 반영한 보정함수를 구하는 알고리즘.
도 9는 시험편의 형상을 도시한 도면.
도 10은 시험편에 응력을 인가하기 위한 지그의 분해사시도.
도 11은 도 10의 지그의 결합단면도.
이하, 본 발명의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
또한, 본 발명의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 또는 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
본 발명의 일실시예에 따른 계장화 압입시험법을 이용하여 잔류응력 평가방법은 일반적인 잔류응력 평가에서는 각진(비커스) 압입자를 이용하고 강도비가 필요한 대상물에서는 추가적으로 구형압입자를 이용하되 잔류응력 평가 결과의 정확성을 높이기 위해서는 시험 압입자마다 실제 값을 평가하여 이를 적용하는 방법 및 장치를 제공한다.
이하 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 의한 마이콤이 내장된 계장화 압입시험기를 나타내는 사시도이고, 도 2a와 도 2b는 시험기 본체를 나타내는 측단면도이고, 도 3a와 도 3b는 시험기 본체와 제2축스테이지가 결합된 상태를 나타내는 사시도이다.
이들 도면에 도시된 바와 같이 본 발명의 일실시예에 의한 마이콤이 내장된 계장화 압입시험기(100)는, 시험기 본체(110) 내측에 설치되는 구동기(205)와; 상기 구동기(205)의 축과 연결되어 회전하는 볼스크류(230)와, 상기 볼스크류(230)와 볼을 매개로 결합되는 스크류너트(215)와, 상기 스크류너트(215)와 연동되게 결합되어 회전축을 따라서 슬라이딩되는 실린더(235)를 포함하는 슬라이더(237)와; 상기 슬라이더(237)가 내삽되며 상기 시험기 본체(110)에 결합되어 상기 슬라이더(237)의 슬라이딩을 가이드하는 슬라이더가이드(220)와; 상기 슬라이더(237)와 연동되도록 상기 슬라이더(237)의 하측에 압입자 홀더(250)를 매개로 결합되어 측정시편에 압입 하중을 가하는 압입자(255)와; 상기 실린더(235)의 하측에 결합되어 상기 슬라이더(237)의 슬라이딩시 상기 압입자(255)가 측정시편에 전달하는 하중을 측정하는 하중센서(245)와; 상기 슬라이더(237)의 슬라이딩시 상기 압입자(255)가 측정시편에 압입되는 깊이를 측정하는 변위센서(273)와; 상기 시험기 본체(110) 내측에 설치되며 상기 구동기(205)와 인터페이스로 연결되어 메인컴퓨터(150)로부터 전송된 제어프로그램으로 독자적으로 상기 구동기(205)를 제어하는 마이콤(210); 및 상기 마이콤(210)과 유선 또는 무선으로 연결되어 시험조건이 프로그램된 제어프로그램을 전송하고, 상기 하중센서(245)와 변위센서(273)에서 측정된 측정치로 측정시편의 잔류응력을 연산하며, 상기 하중센서(245)와 변위센서(273)에서 측정된 측정치가 기준치를 벗어나는 경우 상기 마이콤(210)으로 시험 중단신호를 전송하거나, 상기 구동기(205)로의 전원 공급을 중단하게 제어는 메인컴퓨터(150);를 포함하여 구성된다.
구동기(205)는 시험기 본체(110)의 내측에 설치되며 슬라이더(237)와 압입자 홀더(250) 등과 결합된 압입자(255)를 상하로 이동시키게 되는데, 외부 하중과 과부하에 안정적이고 정밀제어가 가능하며 압입 시험 현장에서 외부 진동 등의 발생가능한 위험 요소의 영향을 줄일 수 있도록 DC 스테핑 모터를 사용한다.
이러한 구동기(205)에는 모터로 인해 발생한 동력으로 압입자(255)를 이동시킬 때 압입자(255)의 이동속도를 시험에 필요한 정도로 저속으로 감소시키고 동력을 증대시키는 감속기가 결합되어 있다.
슬라이더(237)는 상기 구동기(205)의 축과 커플링(225)으로 연결되어 회전하는 볼스크류(230)와, 상기 볼스크류(230)와 볼을 매개로 결합되는 스크류너트(215)와, 상기 스크류너트(215)와 연동되게 결합되어 회전축을 따라서 슬라이딩되는 실린더(235)를 포함하여 구성된다.
따라서, 구동기(205)가 작동되면 구동기(205)의 축과 연결된 볼스크류(230)가 회전하게 되고, 이때 볼스크류(230)와 볼을 매개로 결합된 스크류너트(215)가 회전하면서 볼스크류(230)의 회전축을 따라서 상하로 슬라이딩하게 되고, 스크류너트(215)와 결합된 실린더(235)도 같이 상하로 이동하게 된다.
실린더(235)가 상하로 이동할 때 이를 지지하는 슬라이더가이드(220)는 상기 슬라이더(237)가 내삽되게 슬라이더(237)의 외측에 위치되며 상기 시험기 본체(110)에 결합 고정되어 슬라이더(237)의 상하 슬라이딩을 가이드하게 된다.
또한, 실린더(235)가 상하로 이동하는 최대이동거리는 실린더(235)의 내측에 설치된 리미트 스위치(240)에 의해 제한되어, 구동기(205)가 이상 작동되거나 수동으로 실린더(235)를 이동시킬 때 실린더의 최대이동거리가 제한되어 시험기를 보호하게 되어 있다.
구동기(205)의 가동시 상하로 이동되면서 측정시편에 압입 하중을 가하는 압입자(255)는 상기 슬라이더(237)와 연동되도록 상기 슬라이더(237)의 하측에 압입자 홀더(250)를 매개로 결합되고, 압입자(255)가 측정시편에 전달하는 하중을 측정하는 하중센서(245)는 상기 실린더(235)의 하측에 결합되어 있다.
여기서 압입자(255)는 피라미드형, 원뿔형, 원기둥형, 사각기둥형, 구형, 비커스형, 누우프형 중 적어도 어느 하나를 적용하여 시험할 수 있다.
또한, 상기 슬라이더(237)의 슬라이딩시 압입자(255)가 측정시편에 압입되는 깊이를 측정하는 변위센서(273)는, 압입자(255)의 상하 이동시 이와 같이 이동되는 센서팁(260)을 지지하는 센서홀더(265)가 압입자 홀더(250)의 측면에 위치되어 시험기 본체(110)에 고정되며, 센서팁(260)의 상하 이동 거리를 감지하는 메인센서부(270)가 시험기 본체(110) 내부에 고정되어 메인컴퓨터(150)와 인터페이스로 연결된다.
메인컴퓨터(150)로부터 전송된 압입자 시험의 제어프로그램으로 독자적으로 구동기(205)를 제어하는 마이콤(210)은 상기 시험기 본체(110) 내측에 설치되며 상기 구동기(205)와 인터페이스로 연결되어, 메인컴퓨터(150)에 내장된 프로그램들이 정상적으로 작동하지 않는 경우에도 초기에 전달받은 시험 조건에 맞게 시험을 진행시킬 수 있게 되어 있다.
메인컴퓨터(150)는 상기 마이콤(210)과 유선 또는 무선으로 연결되어 시험조건이 프로그램된 제어프로그램을 전송하고, 상기 하중센서(245)와 변위센서(273)에서 측정된 측정치로 측정시편의 잔류응력을 연산하게 된다.
이와 같은 마이콤(210)이 내장된 계장화 압입시험기(100)의 하측에는 측정시편을 고정시키는 지그(미도시)가 결합될 수 있는데, 지그는 V블럭, U블럭, 체인, 평판자석, 이중곡률자석, 평판전자석, 곡률전자석 중 적어도 어느 하나를 적용하여 시험할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 잔류응력 측정방법은 재료의 잔류응력을 측정하는 방법으로서, 재료의 무응력 상태에서의 기준시편에 대하여 압입하중의 연속적인 인가 및 제거를 반복하여 무응력 상태에서의 압입하중-변위곡선을 생성하고, 상기 무응력 상태에서의 압입하중-변위곡선에서 최대하중과 최대압입깊이(hmax), 최종 압입깊이(hf)를 측정하고, 최대압입깊이(hmax)와 압입자에 따른 보정함수(fV')로부터 실제압입깊이(hc V)를 계산하고, 실제압입깊이(hc V)로부터 접촉면적(AC)을 계산하여 기준시편에 대한 무응력곡선(응력기준곡선)을 생성하는 단계와, 재료의 응력 상태에서의 실제시편에 대하여 압입하중을 연속적으로 인가 및 제거하여 실제시편에 대한 응력곡선을 생성하는 단계와, 응력기준곡선과 상기 응력곡선 사이의 비교를 통하여 얻어진 하중차이(ΔL)와 하중인가 곡선으로부터 얻어진 응력상태에서의 접촉면적(AS)으로부터 재료의 잔류응력을 측정하는 단계를 포함한다.
구체적으로, 잔류응력을 측정하기 위해서는 기준시편(stress free 상태)의 압입하중 - 변위곡선이 필요한데, 이는 측정하고자 하는 실제 시편의 압입하중 - 변위곡선과 비교하기 위함이다.
우선, 기준시편에 전술한 도 1 내지 도 3의 계장화 압입시험기를 이용하여 다중 연속압입실험을 행하고 여기서 얻어진 곡선을 토대로 하여 loading 곡선의 fitting식, 하중제어곡선의 기울기, 그리고 실제 압입깊이 hc를 구한다.
얻어진 압입하중 - 변위곡선에서 기계적 이완, 감/가속효과, Creep 효과가 없는 loading 부분만 따로 잘라내어 fitting의 과정을 거치게 되는데 이는 실제 다중압입의 경우 하중제거시의 곡선형태가 왜곡되어 실제 적용된 하중과 차이를 보이기 때문으로 보다 정확한 값의 측정을 위해 반드시 필요하다.
기준시편에서의 실험이 끝나면 잔류응력을 측정하고자 하는 시편에서 실험을 행한다. 잔류응력을 구하고자 하는 시편에서 연속압입실험을 행한 후 이전 단계와 마찬가지로 loading부분의 fitting을 거치게 되고 여기서 얻어진 식과 기준시편에서 얻어진 fitting식과의 비교를 행하게 된다. 이 때, 측정된 압입하중 - 변위곡선의 형태를 통하여 존재하는 잔류응력의 부호를 결정할 수 있는데, 만일 기준 상태보다 곡선의 위치가 위라면 압축잔류응력이 존재하는 것이며 그 반대의 경우는 인장잔류응력이 존재한다고 할 수 있다.
각각의 loading 곡선식이 얻어진 후에는 다음의 관계에 의해 잔류응력을 측정하게 되는데 기준시편과 실제 시편과의 같은 압입깊이에서 인가되는 압입하중의 차이는 잔류응력에 의한 영향이라고 할 수 있으므로 그 때의 하중차이를 실제 접촉면적으로 나누게 되면 잔류응력값을 얻을 수 있다.
잔류응력에 의한 영향은 동일한 압입깊이에 대한 적용하중의 차이로 나타나면 이 때 응력값은 가해진 하중을 단위면적으로 나눈 값이므로 다음의 수학식 1과 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112010012557274-pat00003
(Lres = L0 - L = ΔL이다.)
여기서 L은 실제 시편에 인가되는 압입 하중, L0는 기준시편에 인가되는 압입하중이며 AC는 실제 접촉면적(real contact area)이고 비커스(Vicker's) 압입자의 기하학적 형태를 고려한다면 다음의 수학식 2와 같다.
Figure 112010012557274-pat00004
그런데, 이상적인 압입자(ideally sharp tip)의 경우 f와 hc의 관계는 다음의 수학식 3과 같이 나타낼 수 있다. 여기서 hc는 실제 압입깊이, f는 실제 압입깊이와 장비에서 측정된 압입깊이(hmax)를 보정해주는 수식으로, 이상적인 압입자(ideally sharp tip)의 경우 실제압입깊이(hc)와 최대압입깊이(hmax)의 비이다.
Figure 112010012557274-pat00005
따라서, 실제압입깊이(hc)는 보정상수(f)와 최대압압깊이(hmax)의 곱으로 나타낼 수 있으며, 여기에서의 보정상수(f)는 재료에 압입 시 압흔 모서리에 재료가 쌓이거나 함께 들어가는 pile-up과 sink-in 되는 현상을 고려한 보정상수라고 할 수 있다.
기존의 잔류응력 평가 방법에서는 실제 압입 깊이를 평가하기 위해 특정 상수(f)를 이용하고 있다. 이 상수는 tip blunt 효과를 감안하여 수식을 가지고 있으나, 실제 잔류응력 평가에서는 하나의 상수로 그 압입자를 대표하고 있다. 예를 들어, f=1.04로 고정하여 사용하고 있다.
그런데, 계장화 압입시험법에서 데이터를 취득하는 것과 함께 가장 중요한 요소가 대상을 압입하게 되는 압입자(255)이다. 이러한 압입자들(255)은 공장화된 생산공정을 거치더라도 미세한 차이를 가지고 있다. 기계가공에서도 공차라는 것이 존재하기에 동일한 원형을 가공하더라도 정밀 측정이 진행되면 공차 내에서 각각의 다른 값을 가지게 된다. 압입자도 가공물이기에 동일한 공차가 존재하게 된다.
계장화 압입시험법은 이러한 공차를 무시할 수 없는 범위에서 시험이 진행되는 것이기에 시험에 사용되는 압입자의 형상을 정밀 측정하여 평가에 적용하여야 정확한 시험 결과를 얻을 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 잔류응력 평가방법은 일반적인 잔류응력 평가에서는 각진(비커스) 압입자를 이용하고 강도비가 필요한 대상물에서는 추가적으로 구형압입자를 이용하되 잔류응력 평가 결과의 정확성을 높이기 위해서는 시험 압입자마다 실제 값을 평가하여 이를 적용하는 것을 특징으로 한다.
즉 시험에 적용되는 압입자마다 보정함수(fv)를 결정한다. 이러한 수식은 hc 결정 수식 및 Ac 결정 수식에도 영향을 미치게 되고 광학 현미경을 이용하여 평가한 접촉면적과 동일한 값의 적용이 가능하여 정확한 잔류응력 평가를 할 수 있게 된다.
압입자마다 고유한 보정함수(fv)는 시험 전 압입자마다 보정된 수식을 준비하게 된다. 압입시험을 하여 얻어진 하중-변위 데이터와 값을 알고 있는 표준 경도시편을 통하여 얻어진 값을 통하여 1차식 형태의 수식을 준비하게 된다.
표준 경도 시편을 통하여 1차적으로 얻어지는 수식은 압입자의 대각 길이로써, 압입하중을 경도값으로 나눈 형태로 얻어지게 된다. 대각길이 d = √(0.1891 x L / Hv)로써, L은 시험 하중을 의미한다. 대각 길이(d)와 압입자의 기하학적 형상을 통하여 보정함수인 fV'을 구하게 된다.
최종적으로 얻어지는 각진 압입자의 수식은 아래 수학식 12로 나타내어진다.
<실험예 - 비커스 경도의 평가>
실험에 사용된 소재는 탄소강, API강, 스테인리스강, 알루미늄합금, 마그네슘합금, 니켈합금, 구리합금, 티타늄합금 등으로 총 24종의 금속 소재가 사용되었으며, 각 소재의 표면은 #2000의 사포에 의해 연마하였다. 마이크로 압입시험기로는 모델명 S3000((주)프론틱스)이 사용되었고, 사각뿔형 압입자는 다이아몬드로 제작되었다. 압입시험은 80㎛의 변위제어를 사용하였으며, 압입속도는 0.3mm/min으로 진행되었다. 이 압입시험기에 의해 최대 압입깊이(hmax)와 최종 압입깊이(hf)를 측정하였다. 또한, 모델명 PMG3-613U(올림푸스社)인 광학현미경을 통하여 압흔의 대각선 길이(d)를 측정한 후, 사각뿔형 압입자의 형상에 의해 기하학적으로 결정된 아래의 식을 통해 접촉깊이(hc V)가 계산되었다.
Figure 112010012557274-pat00006
여기서, θ는 비커스 압입자의 압입 반각으로서, 이 실험의 경우에 그 크기는 68°여서, 결국 비커스 경도의 접촉깊이(hc V)는 d/7로 된다.
비커스 경도의 접촉깊이(hc V)를 보정하기 위한 보정함수(fv)를 다음 식과 같이 정의하고, 소재의 기계적 특성 중 파일업 현상과 연관성이 깊다고 알려진 가공경화지수(n)와 탄성계수 및 경도의 비(E/H) 각각에 대하여 상기 접촉깊이를 보정하기 위한 보정함수(fv) 사이의 관계를 확인하였다.
Figure 112010012557274-pat00007
경도는 일반적으로 인장강도와 비례관계에 있다고 가정할 수 있으며, 이에 따라 탄성계수 및 경도의 비(E/H)는 탄성계수 및 항복강도의 비(E/σy)로 대체될 수 있다. 또, 항복강도 및 탄성계수의 비(σy/E)는 곧 항복변형률에 해당하므로, 결국 소재의 파일업 현상은 소재의 항복이 발생할 때까지의 변형률과 반비례 관계에 있음을 유추할 수 있다.
도 4는 인장물성들과 보정함수의 관계를 나타낸 그래프이다.
도 4의 (a)에 도시된 것과 같이 보정함수(fv)와 탄성계수 및 항복강도의 비(E/σy) 사이, 즉 보정함수(fv)와 탄성계수 및 경도의 비(E/H) 사이에는 상관관계가 있다는 것을 알 수 있다. 이에 반하여 도 4의 (b)에 도시된 보정함수(fv)와 가공경화지수(n)의 관계를 살펴보면 상관관계가 형성되지 않음을 볼 수 있다.
아래 수학식 6 및 상기 수학식 7을 이용하면, E/H 및 hmax/(hmax-hf)가 상관관계를 갖는다고 예측할 수 있으며, 도 5의 (a) 및 (b)를 통해 E/H 및 E/σy가 hmax/(hmax-hf)에 대해 비례관계에 있음을 확인할 수 있다.
경도 및 탄성계수의 비(H/E)는 압입시험에서의 전체 변형 에너지에 대한 비가역 에너지의 비로서, 이는 아래의 식과 같이 표현될 수 있다고 알려져 있다.
Figure 112010012557274-pat00008
여기서, Wtot은 압입시험에서의 전체 에너지를 의미하고, Wu는 압입하중의 제거시 회복되는 에너지를 의미한다. 압입곡선을 직선으로 근사하게 되면 (Wtot-Wu)/ Wtot은 최대 압입깊이(hmax)와 최종 압입깊이(hf)를 이용해서 나타낼 수 있게 된다.
Figure 112010012557274-pat00009
따라서, 상기 경도 및 탄성계수의 비(H/E)는 압입시험의 변수들, 즉 최대 압입깊이(hmax)와 최종 압입깊이(hf)로 대체가 가능하다.
따라서, 보정함수(fv)와 상관관계를 갖고 있는 E/H를 hmax/(hmax-hf)으로 대체할 수 있으며, 소재의 파일업을 반영한 접촉깊이(hc V)를 순수하게 계장화 압입시험의 데이터만을 이용하여 평가할 수 있게 되는 것이다.
도 6은 보정함수(fv)와 hmax/(hmax-hf)의 상관관계를 나타낸 것으로, 이러한 관계는 아래의 상관관계식으로 나타내어진다.
Figure 112010012557274-pat00010
여기서, a와 b는 치환된 상수이다.
위의 수학식 8을 변형하게 되면 아래의 수학식 9를 얻을 수 있는데, (hc V-hmax)/hmax는 최대 압입깊이에 대한 기준평면으로부터 발생한 파일업의 높이를 의미하며, 그 값이 곧 비가역 에너지에 대한 가역 에너지의 비인 hmax/(hmax-hf)로 나타내어짐을 확인할 수 있다.
Figure 112010012557274-pat00011
다음으로, 광학적인 관측을 통해 평가된 접촉깊이 및 비커스 경도의 결과치와, 상기 수학식 9를 통해 평가된 결과치를 표 1에 비교하였다. 이 표 1을 살펴보면, 접촉깊이의 결과는 3% 내외에서 평가가 잘 이루어짐을 확인할 수 있다.
접촉면적을 통해 평가되는 경도의 경우에, 접촉면적이 접촉깊이의 제곱차수에 비례하기 때문에 상대적으로 큰 오차가 나타나지만, 모두 5% 내외의 결과로 소재군에 상관없이 일관적인 결과를 얻었다. 특히 FCC 구조를 갖는 오스테나이트강은 선형적인 가공경향을 갖는 소재로서 BCC 구조의 탄소강과 차별적인 소성변형을 보임에도 일관적인 결과가 나타났다. 알루미늄합금과 티타늄합금 등도 강보다 낮은 탄성계수, 낮은 최대 인장변형률을 갖고 있음에도 잘 일치하였다. 이것은 소재의 파일업 현상이 가공경화의 양상보다는 소재의 최대 항복변형률에 밀접한 연관이 있음을 의미한다.
재료 hc(mm) 식에 의한 hc(mm) 접촉깊이의 오차 HV 식에 의한 HV 비커스 경도의 오차
Al 합금 Al6061 84.95 87.81 3.37 117.38 109.85 -6.42
Al7075 84.77 83.76 -1.20 173.47 177.71 2.44
Mg 합금 AZ61 85.52 86.53 1.18 44.94 43.90 -2.31
AZ910 83.49 85.48 2.38 58.44 55.75 -4.60
Cu 합금 C1010 88.26 91.24 3.38 80.30 75.14 -6.42
C5101 86.52 88.85 2.70 85.66 81.22 -5.18
C62400 83.61 83.48 -0.16 212.68 213.36 0.32
Ti 합금 Ti10V-2Fe-3Al 79.85 82.15 2.87 360.48 340.65 -5.50
Ti7Al-4Mo 80.32 82.70 2.97 341.86 322.40 -5.69
Ni 합금 Inconell600 83.54 85.86 2.77 228.10 215.96 -5.32
탄소강 S45C 90.71 88.67 -2.25 181.61 190.06 4.65
SCM21 90.03 89.40 -0.70 160.11 162.36 1.41
SCM4 83.78 83.81 0.03 285.95 285.78 -0.06
SKD61 89.62 87.55 -2.31 189.86 198.96 4.79
SKS3 89.78 88.38 -1.56 182.22 188.03 3.19
SUJ2 88.71 87.43 -1.44 195.36 201.12 2.95
API강 X100 87.85 85.30 -2.90 240.19 254.77 6.07
X70 87.37 86.18 -1.36 216.69 222.68 2.77
페라이트계 스테인리스강 SUS303F 87.40 87.37 -0.03 175.06 175.18 0.07
SUS310S 93.86 93.89 0.04 129.46 129.36 -0.08
SUS316L 89.77 91.18 1.58 158.28 153.40 -3.09
오스테나이트계 스테인리스강 SUS403 90.91 91.38 0.52 165.73 164.02 -1.04
SUS410 90.26 90.31 0.05 166.53 166.37 -0.10
SUS420J2 88.61 87.29 -1.48 204.08 210.26 3.03
상기 수학식 9의 두 변수 사이에 있는 비례상수의 의미를 살펴보기 위하여, 압입 반각이 각기 다른 사각뿔형 압입자들로 동일한 실험을 수행하였다. 제2압입자와 제3압입자의 압입 반각(θ)은 각각 56.6°와 74.5°이다. 도 5를 통해 서로 다른 압입 반각을 갖는 압입자에서도 상관관계가 나타남을 확인할 수 있다. 또한, 압입 반각(θ)이 증가함에 따라 수학식 9의 기울기가 증가하며, tanθ에 비례하는 것을 확인하였다. 수학식 8에 압입 반각(θ)의 영향을 반영하여 아래의 수학식 10을 유도하였는데, 이는 압입 반각(θ)을 갖는 각진 압입자에 대한 일반적인 접촉면적 보정을 위한 함수로 활용할 수 있을 것으로 생각된다.
Figure 112010012557274-pat00012
상기와 같이 검증된 보정함수를 이용해서 비커스 경도(HV)를 평가하자면, 사각뿔형 압입자를 이용하는 압입시험기에 의해 최대 압입깊이(hmax)와 최종 압입깊이(hf)를 측정하고 나서, 이들 최대 압입깊이(hmax)와 최종 압입깊이(hf)를 상기 보정함수(fV)에 대입하여 보정함수값을 구한다.
이 보정함수값을 수학식 5에 대입하면, 비커스 경도의 접촉깊이(hc V)를 구할 수 있으며, 이어서 이 접촉깊이(hc V)를 수학식 4에 대입하면, 압흔의 대각선 길이(d)를 구할 수 있게 된다. 물론, 이 대각선 길이(d)를 이용하면 용이하게 접촉면적, 즉 후술하는 대각면적(Ac V)을 구할 수 있게 되는 것이다.
또는 접촉깊이 및 압입 반각을 알 수 있기 때문에 이를 이용해서 접촉면적을 구할 수 있게 되는 것이다.
요컨대, 보정함수값이 최대 압입깊이와 최종 압입깊이를 통해
Figure 112010012557274-pat00013
으로 계산될 수 있으며, 이에 따라 예컨대 광학적인 관측과 같은 별도의 추가적인 과정을 통해 대각선 길이를 측정할 필요가 없게 되어 접촉면적과 이를 이용한 물성의 평가가 매우 간편하게 되는 장점이 있게 된다.
<압입자 보정>
각진 압입자의 경우에는, 가공의 한계 혹은 사용 중의 마모 등으로 인하여 압입자의 형상이 이상적인 형태에서 벗어나게 된다. 불완전한 압입자를 사용하게 되면 압입되는 상황은 압입 반각(θ)이 이상적인 값을 벗어난 상태로 이해할 수 있다.
이와 같이 압입자의 압입 반각(θ)이 이상적인 형태에서 벗어나게 되면 접촉깊이를 계산하기 위한 보정함수도 영향을 받게 되는 한편, 접촉깊이로부터 접촉면적을 환산하는 과정에서도 비이상적인 압입 반각이 반영되어야 한다. 따라서, 비이상적인 압입자의 압입 반각을 반영한 접촉깊이를 보정하기 위한 보정함수를 제시하는 것이 필요하다.
압입자의 압입 반각을 알고 있다면 직접적으로 상기 보정함수(fv)를 적용하는 것이 가능하지만, 일반적으로 압입자의 압입 반각을 사전에 측정하기 어렵다. 또, 압흔의 면적과 접촉깊이를 통해 압입자의 압입 반각을 예상할 수는 있으나, 압입시 발생하는 소재의 탄소성 변형을 반영한 접촉깊이를 정확히 평가할 수 없기 때문에 정확한 압입 반각을 계산할 수 없다.
이와 같은 이유로 표준 경도 시편을 활용하여 압입자의 불완전성을 반영한 접촉깊이를 보정하는 보정함수를 유도하고자 한다.
이하에서는, 다시금 각진 압입자 중 대표적인 사각뿔형 압입자를 이용하는 비커스 경도를 예로 들어 설명하기로 한다.
이때, 이상적인 압입자에서 압흔의 대각선 길이(d)와 접촉깊이(hc V) 사이에는
Figure 112010012557274-pat00014
이 성립한다. 하지만, 압입 반각이 변화하면 압입자의 기하학적인 형상이 변하기 때문에 다음 수학식 11을 통해 관계를 표현할 수 있다.
Figure 112010012557274-pat00015
여기서, α는 압입자의 이상적인 압입 반각(θ)과 실제 가공각(θm)의 tangent 비, 즉 tanθ/tanθm이다. 상기 수학식 10과 수학식 11을 연립하여 정리하면, 새로운 보정함수(fV')를 얻을 수 있다.
Figure 112010012557274-pat00016
여기서, a'와 b'는 치환된 상수이다.
압입자마다 a' 및 b'의 값을 측정하게 되면 불완전한 압입자의 경우에도 hmax/(hmax-hf)를 통해 보정함수(fV')의 값을 계산하게 되고, 대각선의 길이와 접촉면적, 비커스 경도 등을 평가할 수 있다.
위의 보정 과정을 검증하기 위한 절차로 3종의 표준 비커스 경도 시편을 이용하였다. 표준 비커스 경도 시편들을 통해 압흔의 대각선 길이(d)를 측정하여 보정함수(fV')의 값들을 산출하고, 이들 보정함수의 값과 hmax/(hmax-hf)의 함수관계에서 각 압입자의 접촉깊이 보정함수를 유도하였다. 압입 반각이 반영된 보정함수(fV')를 이용하여 일반 금속소재에 대해서 비커스 경도를 산출하였을 때 그 값이 잘 일치함을 도 7을 통해 확인하였다.
표준 경도 시편이 아닌 경우에도 대각선의 길이를 측정하여 이용할 수 있지만, 표준 비커스 경도 시편의 경우에는 대각선의 길이가 추가적이고 직접적인 관측시험 없이 아래의 식을 통해 비커스 경도값(HV)으로 계산될 수 있다.
Figure 112010012557274-pat00017
단, 여기서 압입하중(L)의 단위는 N, 대각선 길이(d)의 단위는 mm이다.
이와 같이 상기 수학식 13을 활용하여 비커스 경도로부터 대각선의 길이를 유추함으로써, 예컨대 광학적인 관측 없이도 압입각이 반영된 접촉깊이를 보정하기 위한 보정함수를 유도할 수 있으며, 그 일련의 과정은 도 8에 나타나 있다.
도 8은 압입자의 불완전성을 반영한 보정함수를 구하는 알고리즘이다.
마지막으로 응력 상태의 응력곡선에서 계산한 접촉면적(As)과 측정한 실제접촉(압입)깊이에서 유도되는 무응력곡선(응력기준곡선)과 응력곡선 하중차이(ΔL)로부터 상기 재료의 잔류응력은 수학식 1과 같다.
상기 모재의 잔류응력은
Figure 112010012557274-pat00018
의 식으로 표현되며, 여기서 σres는 잔류응력값, ΔL은 무응력곡선과 응력곡선에서 유도된 수직하중차이, AS는 응력상태에서의 접촉면적, η1은 등방성 잔류 응력을 결정하기 위한 비례 상수인 것을 특징으로 한다.
상기 용접부의 잔류응력은
Figure 112010012557274-pat00019
의 식으로 표현되며, σres는 잔류응력값, ΔL은 무응력곡선과 응력곡선에서 유도된 수직하중차이, AS는 응력상태에서의 접촉면적, η2는 비등방성 잔류 응력을 결정하기 위한 비례 상수인 것을 특징으로 한다.
<실험예>
기존의 잔류응력 평가 방법에서는 실제 압입 깊이를 평가하기 위해 특정 상수 f=1.04를 이용한 경우와, 본 발명의 일실시예에 따른 잔류응력 평가 방법에 따라 압입자마다 고유한 보정함수(fV')를 사용한 경우 잔류 응력을 측정하였다.
1. 시험편의 제작
시험편의 형상은 도 9에 도시한 바와 같은 규격으로 제작하였다. 이번 시험에서는 x-y 방향의 동일한 잔류응력 인가를 위해 우측의 십자 시험편을 이용하였다.
2. 응력인가 - 적용 지그
시험편에 응력을 인가하기 위하여 도 10에 도시한 지그(jig)를 제작하였다. 시험편을 위치 시키기 위한 상하면의 지그(jig) 이를 고정하기 위한 지그 조이닝 스크류(Jig joining screws)가 있으며 응력 인가를 위한 시편 벤딩 스크류(Specimen bending screws)로 구성되어 있다. 도 10은 시험편에 응력을 인가하기 위한 지그의 분해사시도이다.
응력 인가는 먼저 시험편을 고정시킨 다음에 시편 벤딩 스크류(Specimen bending screws)를 돌려 시험편을 강제로 벤딩시킨다. 이때 응력 상태 확인을 위하여 시험편 중앙에 도 11에 도시한 바와 같이 스트레인게이지(Strain gage)를 부착한다. 도 11은 도 10의 지그의 결합단면도이다.
기존의 잔류응력 평가 방법에서는 실제 압입 깊이를 평가하기 위해 특정 상수 f=1.04를 이용한 경우와, 본 발명의 일실시예에 따른 잔류응력 평가 방법에 따라 압입자마다 고유한 보정함수(fV')를 사용한 경우 잔류 응력을 측정하여 표 2 및 도 12에 표시하였다. 본 발명의 일실시예에 따른 잔류 응력 평가 방법에 따른 압입자마다 고유한 보정함수(fV')를 사용한 경우로 수학식 12에서 a'=0.014, b'=0.9255이다. 표 2에서 Hv150, Hv200, Hv300, Hv400, Hv500은 시험편 종류들을 의미한다.
Figure 112010012557274-pat00020
한편, 동일한 시험 조건에 4개의 압입자를 사용하여 응력이 50 / 100 / 150 / 200 / 250 / 300 MPa의 6단계로 구분하여 시험을 진행하여, 기존의 잔류응력 평가 방법에 따라 실제 압입 깊이를 평가하기 위해 특정 상수 f=1.04를 이용한 경우와, 본 발명의 일실시예에 따른 잔류응력 평가 방법에 따라 압입자마다 고유한 보정함수(fV')를 사용한 경우 잔류 응력을 측정하여 표 3에 표시하였다. 표3에서, 7X-511, 62-632, 5X-421, 5X-321은 상용 비커스 압입자에 표시된 일련번호를 의미한다.
Figure 112010012557274-pat00021
위 시험 결과들을 통해 기존의 잔류응력 평가 방법을 적용한 경우에는 오차가 약 5% 내외 정도 였으나, 본 발명의 일실시예에 따른 잔류응력 평가 방법을 적용할 경우에는 1% 내외로 줄어드는 것을 알 수 있었다.
이상 도면을 참조하여 본 발명의 일실시예를 설명하였으나 본 발명은 이에 제한되지 않는다.
위 실시예에서, 각진 압입자를 예를 들었으나, 구형 압입자의 경우도 유사하게 적용할 수 있다. 즉, 계장화 압입시험법을 이용한 물성평가 방법의 이론에서 적용되는 압입자의 반경 R은 고정된 값을 사용하고 있다. 하지만, 실제 가공에서는 가공 공차에 따른 값의 차이가 나타나고 있다. 기계적 공차에서는 2um의 범위가 작게 나타나지만 압입시험에서는 전체 시험의 2%에 해당하는 큰 깊이가 된다. 공차 범위의 최대 최소 2 um 범위를 예로 들면 시험 데이터에서는 4%의 차이가 나타나고 결과적으로도 그에 상응하는 차이를 보이게 된다.
구형 압입자의 반경이 적용되는 알고리즘에서는 고정된 값이 아닌 실측된 값의 적용이 필요하다. 이는 계장화 압입시험법을 이용한 잔류응력 평가에서도 동일하게 적용하여야 한다.
압입자의 사용 가능한 최대 압입깊이까지의 R값의 변화를 지수식 형태(R = a h^b)로 나타내어 잔류응력 평가에서 물성평가가 진행되는 단계에 적용한다. 분석을 진행할 때 고정된 반경 R값을 적용하는 것이 아니라 실측을 통하여 얻어진 R값을 적용함으로써, 보다 정확한 물성 값을 얻게 되고 그로 인하여 잔류응력 값의 신뢰도도 높일 수 있다.
이상에서, 본 발명의 실시예를 구성하는 모든 구성 요소들이 하나로 결합되거나 결합되어 동작하는 것으로 설명되었다고 해서, 본 발명이 반드시 이러한 실시예에 한정되는 것은 아니다. 즉, 본 발명의 목적 범위 안에서라면, 그 모든 구성 요소들이 하나 이상으로 선택적으로 결합하여 동작할 수도 있다. 또한, 그 모든 구성 요소들이 각각 하나의 독립적인 하드웨어로 구현될 수 있지만, 각 구성 요소들의 그 일부 또는 전부가 선택적으로 조합되어 하나 또는 복수 개의 하드웨어에서 조합된 일부 또는 전부의 기능을 수행하는 프로그램 모듈을 갖는 컴퓨터 프로그램으로서 구현될 수도 있다. 그 컴퓨터 프로그램을 구성하는 코드들 및 코드 세그먼트들은 본 발명의 기술 분야의 당업자에 의해 용이하게 추론될 수 있을 것이다. 이러한 컴퓨터 프로그램은 컴퓨터가 읽을 수 있는 저장매체(Computer Readable Media)에 저장되어 컴퓨터에 의하여 읽혀지고 실행됨으로써, 본 발명의 실시예를 구현할 수 있다. 컴퓨터 프로그램의 저장매체로서는 자기 기록매체, 광 기록매체, 캐리어 웨이브 매체 등이 포함될 수 있다.
또한, 이상에서 기재된 "포함하다", "구성하다" 또는 "가지다" 등의 용어는, 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 해당 구성 요소가 내재될 수 있음을 의미하는 것이므로, 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다. 기술적이거나 과학적인 용어를 포함한 모든 용어들은, 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 사전에 정의된 용어와 같이 일반적으로 사용되는 용어들은 관련 기술의 문맥 상의 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
아울러, 본 명세서에서 기재하지 않는 기술내용은 본 발명의 출원인과 동일인에 의하여 선출원되어 등록된 등록특허 제0416723호 "잔류응력 측정장치 및 이 장치를 이용한 잔류응력 데이터측정방법, 잔류응력 측정방법 및 이 측정방법을 기록한 기록매체" 및 등록특허 제517857 호 "연속압입시험법을 이용한 잔류응력 측정방법"을 인용함으로추후 추가할 수 있다.

Claims (6)

  1. 삭제
  2. 재료의 잔류응력을 측정하는 방법으로서,
    상기 재료의 무응력 상태에서의 기준시편에 대하여 압입하중의 연속적인 인가 및 제거를 반복하여 무응력 상태에서의 압입하중-변위곡선을 생성하고, 상기 무응력 상태에서의 압입하중-변위곡선에서 최대하중과 최대압입깊이(hmax), 최종 압입깊이(hf)를 측정하고, 상기 최대압입깊이(hmax)와 압입자에 따른 보정함수(fV')로부터 실제압입깊이(hc V)를 계산하고, 상기 실제압입깊이(hc V)로부터 접촉면적(AC)을 계산하여 상기 기준시편에 대한 무응력곡선(응력기준곡선)을 생성하는 단계와;
    상기 재료의 응력 상태에서의 실제시편에 대하여 압입하중을 연속적으로 인가 및 제거하여 상기 실제시편에 대한 응력곡선을 생성하는 단계와;
    상기 응력기준곡선과 상기 응력곡선 사이의 비교를 통하여 얻어진 하중차이(ΔL)와, 하중인가 곡선으로부터 얻어진 응력상태에서의 접촉면적(AS)으로부터 상기 재료의 잔류응력을 측정하는 단계;를 포함하되,
    상기 보정함수 (fV')는 아래 수학식으로 표현되는 것을 특징으로 하는 연속압입시험법을 이용한 잔류응력 측정방법.
    Figure 112010024677113-pat00022

    여기서, hf는 최종 압입깊이이며, a' 및 b'는 상기 압입자의 고유한 상수이다.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 실제압입깊이(hc V)로부터 실제접촉면적(AC)은 다음 수학식에 의해 계산되는 것을 특징으로 하는 연속압입시험법을 이용한 잔류응력 측정방법.
    Figure 112010024677113-pat00023
  4. 삭제
  5. 시험기 본체 내측에 설치되는 구동기와;
    상기 구동기의 구동에 의해 측정시편에 압입 하중을 가하는 압입자와;
    상기 압입자가 측정시편에 전달하는 하중을 측정하는 하중센서와;
    상기 압입자가 측정시편에 압입되는 깊이를 측정하는 변위센서와;
    상기 시험기 본체 내측에 설치되며 상기 구동기와 인터페이스로 연결되어 제어프로그램으로 독자적으로 상기 구동기를 제어하는 마이콤과;
    재료의 무응력 상태에서의 기준시편에 대하여 압입하중의 연속적인 인가 및 제거의 반복으로 무응력 상태에서의 압입하중-변위곡선을 생성하고, 상기 무응력 상태에서의 압입하중-변위곡선에서 최대하중과 최대압입깊이(hmax), 최종 압입깊이(hf)를 측정하고, 상기 최대압입깊이(hmax)와 압입자에 따른 보정함수(fV')로부터 실제압입깊이(hc V)를 계산하고, 상기 실제압입깊이(hc V)로부터 접촉면적(AC)을 계산하여 상기 기준시편에 대한 무응력곡선(응력기준곡선)을 생성하며, 상기 재료의 응력 상태에서의 실제시편에 대하여 압입하중을 연속적으로 인가 및 제거하여 상기 실제시편에 대한 응력곡선을 생성하며, 상기 응력기준곡선과 상기 응력곡선 사이의 비교를 통하여 얻어진 하중차이(ΔL)와, 하중인가 곡선으로부터 얻어진 응력상태에서의 접촉면적(AS)으로부터 상기 재료의 잔류응력을 측정하여 재료의 잔류응력을 연산하는 메인컴퓨터를 포함하되,
    상기 보정함수 (fV')는 아래 수학식으로 표현되며, 상기 실제압입깊이(hc V)로부터 실제접촉면적(AC)은
    Figure 112010024677113-pat00024
    에 의해 계산되는 것을 특징으로 하는 압입시험기.
    Figure 112010024677113-pat00025

    여기서, hf는 최종 압입깊이이며, a' 및 b'는 상기 압입자의 고유한 상수이다.
  6. 재료의 무응력 상태에서의 기준시편에 대하여 압입하중의 연속적인 인가 및 제거를 반복하여 무응력 상태에서의 압입하중-변위곡선을 생성하고, 상기 무응력 상태에서의 압입하중-변위곡선에서 최대하중과 최대압입깊이(hmax)를 측정하고, 상기 최대압입깊이(hmax)와 압입자에 따른 보정함수(fV')로부터 실제압입깊이(hc V)를 계산하고, 상기 실제압입깊이(hc V)로부터 접촉면적(AC)을 계산하여 상기 기준시편에 대한 무응력곡선(응력기준곡선)을 생성하는 단계와;
    상기 재료의 응력 상태에서의 실제시편에 대하여 압입하중을 연속적으로 인가 및 제거하여 상기 실제시편에 대한 응력곡선을 생성하는 단계와;
    상기 응력기준곡선과 상기 응력곡선 사이의 비교를 통하여 얻어진 하중차이(ΔL)와, 하중인가 곡선으로부터 얻어진 응력상태에서의 접촉면적(AS)으로부터 상기 재료의 잔류응력을 측정하는 단계를 수행하되,
    상기 보정함수 (fV')는 아래 수학식으로 표현되며, 상기 실제압입깊이(hc V)로부터 실제접촉면적(AC)은
    Figure 112010024677113-pat00042
    에 의해 계산되는 것을 특징으로 하는 잔류응력 측정 프로그램을 저장하는 컴퓨터가 읽을 수 있는 저장매체.
    Figure 112010024677113-pat00043

    여기서, hf는 최종 압입깊이이며, a' 및 b'는 상기 압입자의 고유한 상수이다.
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