KR101071893B1

KR101071893B1 - 독립구동형 압입시험 장치

Info

Publication number: KR101071893B1
Application number: KR1020090112284A
Authority: KR
Inventors: 이윤희; 박종서; 남승훈; 윤기봉
Original assignee: 중앙대학교 산학협력단; 한국표준과학연구원
Priority date: 2009-11-19
Filing date: 2009-11-19
Publication date: 2011-10-11
Also published as: WO2011062406A3; KR20110055316A; WO2011062406A2

Abstract

본 발명은 압입시험 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 고온, 극저온 및 폭발성 에너지 유체와 같은 극한 환경 내에서 낙하 하중이나 탄성변형을 받은 소재의 복원력을 이용하여 국소 압입변형을 유발할 수 있는 독립구동형 압입시험 장치에 관한 것이다.

환경복합 압입시험, 독립구동, 폭발성 에너지 환경, 낙하하중, 복원력, 온도 안정화

Description

독립구동형 압입시험 장치{A self-operating indentation apparatus}

설비 부재로부터 표준 인장 시험편이나 파괴 역학 시험편의 채취를 요구하는 종래 역학 시험 기술로부터 점차 소규모 시험편 채취나 시험편의 채취없이 시험기를 설비에 부착하는 형태로 시험기술이 발달하고 있다. 계장화 압입시험 기술은 설비에 소형 시험기를 최적 형상의 지그를 통해 직접 부착하여 접촉식 압입시험을 수행함으로써 인장 유동특성, 잔류응력, 파괴인성 등의 측정을 가능케 하였다. 뿐만 아니라 국소 압입변형이 발생할 경우 압흔의 3차원 형상만을 측정하여 압입경도나 항복강도를 평가하는 기술도 개발되었다.

그러나 수백 ℃ 이상의 고온 환경이나 미미한 전기스파크 등으로 인해 폭발사고를 유발할 수 있는 수소나 압축 천연가스와 같은 에너지 환경에 놓인 설비부재의 물성 측정을 위해서는 부득이하게 압입용 시험편을 채취하여 별도로 제작된 챔 버 내에 고정한 이후 압입시험을 진행할 수밖에 없다. 특히 시험편을 장착한 챔버 내의 고온 환경을 유지하면서 계장화 압입시험기 내부의 엑츄에이터나 센서를 상온에서 원활하게 동작시키기 위해서는 압입축의 완벽한 단열이 필요하다.

그러나 단열을 위한 압입축 주변의 씰링(sealing)은 압입축과 챔버벽 간의 마찰을 일으켜 압입하중 측정을 곤란하게 하는 문제점이 있다. 또한 고압의 에너지 유체 환경이나 진공상태의 챔버에 결속된 압입축은 계장화 압입시험기에서 인가된 부하와 함께 챔버 내의 압력을 동시에 겪기 때문에 이에 대한 보상이 필요하다.

이러한 문제점은 시편 채취없이 고온의 설비가 운용되는 환경 내에 소규모의 압입시스템 전체를 도입함으로써 해결할 수 있고, 외부 전원이나 고온작동의 문제점은 내열성 부품으로 만들어진 독립구동형 부하장치를 개발함으로써 해결할 수 있다.

본 발명은 고온, 극저온 및 폭발성 에너지 유체와 같은 극한 환경 내에서 낙하 하중이나 탄성변형을 받은 소재의 복원력을 이용하여 국소 압입변형을 유발할 수 있는 독립구동형 압입시험 장치를 제공하고자 한다.

초고온 환경에서는 소재의 탄성계수 등이 상온에 비해 저하될 수 있고, 이로 인한 복원력의 차이로 압입변형의 재현성이 저하될 수 있으므로, 본 발명은 무게추의 낙하를 통한 독립구동형 압입시험 장치를 제공한다.

본 발명은 상하를 관통하는 관통공(112)이 형성되는 상판(110) 및 상기 상판(110)을 지지하는 지지대(120)를 구비하는 본체(100); 상기 상판(110)의 관통공(112)을 통과하도록 형성되는 걸림판(210), 상기 걸림판(210)의 하부로 연장되며 무게추(230)가 장착 가능한 압입축(220), 상기 압입축(220)에 장착되는 상기 무게추(230)를 지지하도록 상기 압입축(220) 하단에 형성되는 지지돌기(240) 및 상기 지지돌기(240) 하면에 돌출되는 압입자(250)를 구비하는 압입수단(200); 상기 상판(110)의 상부에 회전 가능하도록 설치되되, 상기 걸림판(210)이 걸리는 걸림홈(311)과 상기 걸림홈(311)에 연통되며 상기 걸림판(210)이 통과 가능한 낙하홈(312)이 형성되고, 상면에 구동돌기(320)가 돌출 형성되는 회전판(300); 상기 상판(110)의 상부에 회전 가능하도록 설치되는 회전축(410), 상기 걸림홈(311)에 걸려 있던 상기 걸림판(210)이 상기 낙하홈(312) 및 상기 본체(100)의 관통공(112)을 통하여 낙하되도록 상기 회전축(410)에 연결되어 상기 회전축(410)의 회전시 상기 구동돌기(320)와 접촉하며 상기 회전판(300)을 회전시키는 트리거(trigger)(430)를 구비하는 회전수단(400); 을 포함하는 것을 특징으로 하는 압입시험 장치에 관한 것이다.

본 발명에 있어서, 상기 상판(110)의 상면에는 멈춤돌기(114)가 돌출 형성되고, 상기 회전판(300)에는 상기 회전판(300)의 회전 각도가 제한되도록 상기 멈춤돌기(114)에 외삽되어 슬라이딩되는 원호형의 안내홈(330)이 형성될 수 있고, 상기 본체(100)는 상기 걸림판(210)이 상기 낙하홈(312) 및 상기 상판(110)의 관통공(112)을 통하여 낙하하는 경우 상기 지지돌기(240)의 하부 이동을 안내하도록 상하를 관통하는 안내공(132)이 형성된 안내판(130)을 포함할 수 있고, 상기 본체(100)는 상기 지지대(120)의 하단에 연결되며, 상기 걸림판(210)이 상기 낙하홈(312) 및 상기 상판(110)의 관통공(112)을 통하여 낙하하는 경우 상기 압입자(250)에 의하여 압입되는 판상의 시험편(150)이 안착되는 하판(140)을 포함할 수 있다.

본 발명은 태엽이 구비되어 상기 태엽의 복원력에 의하여 상기 회전축(410)을 회전시키도록 상기 회전축(410)에 연결되는 태엽장치(500); 상기 회전축(410)을 회전시켜 상기 태엽을 감아 상기 태엽에 탄성 에너지가 저장되도록 상기 회전축(410)에 돌출 형성되는 파지돌기(440); 를 포함할 수 있다.

본 발명은 상기 회전축(410)이 내삽되는 경우 상기 회전축(410)의 외측면과 유격 틈새가 형성되는 끼움공이 형성되며, 상기 트리거(trigger)(430)가 장착되는 고정테(420); 상기 고정테(420)가 상기 회전축(410)과 일체로 회전할 수 있도록 상기 고정테(420)의 외측면으로부터 끼워져 상기 회전축(410)을 가압하는 체결볼트(450)를 포함할 수 있고, 상기 태엽장치(500)는, 상기 태엽의 복원력에 의하여 상기 회전축(410)이 회전하는 경우 상기 회전축(410)의 회전 속도가 늦추어지도록 상기 태엽과 상기 회전축(410) 사이에 게재되는 다수개의 톱니바퀴를 포함할 수 있다.

본 발명은 고온, 극저온 혹은 폭발성 에너지 유체 환경의 교란없이 소규모의 압입시험 장치 전체를 환경분위기에 도입하여 추 낙하 하중에 의한 독립구동형 압입시험을 행할 수 있는 장점이 있다. 즉, 본 발명은 종래의 샘플채취 등이 없으며, 현장상황에 근접한 역학시험을 제공하는 장점이 있다.

본 발명은 전기 및 유압식 엑츄에이터를 배제하고, 탄성변형을 받은 소재의 기계적 복원이나 자유낙하로 발생하는 무게추의 하중을 구동 및 변형을 인가하는 힘으로 사용함으로써, 고온 등에 있어서 전력선 및 신호 추출선이 없어서 단열, 밀폐 등의 문제가 전혀 없고, 수소와 같은 폭발성 에너지 유체 내에서 활용할 경우 전기스파크 등의 위험요소가 완전히 배제되는 장점이 있다.

이하, 도면을 참조하며 본 발명의 일실시예에 대하여 상세히 설명한다.

도1은 본 발명의 일실시예의 사시도를, 도2는 본 발명의 일실시예의 측면도를, 도3은 도1의 본체의 사시도를, 도4는 도1의 압입수단의 분해 사시도 및 결합 사시도를, 도5는 도1의 회전판의 평면도를, 도6은 도1의 하판의 배면도를 나타낸다.

도1 및 도2를 참조하면 본 발명의 일실시예는 본체(100), 압입수단(200), 회전판(300), 회전수단(400) 및 태엽장치(500)를 포함한다.

도3을 참조하면 본체(100)는 상판(110), 지지대(120), 안내판(130) 및 하판(140)을 포함한다.

도3을 참조하면 지지대(120)는 하단이 하판(140)에 고정되고, 상단이 상판(110)에 고정된다. 지지대(120)에 의하여 상판(110)이 하판(140) 상부에 이격되며 지지된다. 한편, 상판(110)에는 상하를 관통하는 관통공(112)이 형성된다. 관통공(112)은 다수개 형성된다.

도4를 참조하면 압입수단(200)은 걸림판(210), 압입축(220), 무게추(230), 지지돌기(240) 및 압입자(250)를 포함한다. 압입수단(200)은 관통공(112)의 수에 대응하는 개수만큼 구비된다.

걸림판(210)은 상판(110)의 관통공(112)을 통과하도록 형성된다. 압입축(220)은 걸림판(210)의 하부로 연장 형성된다.

무게추(230)는 압입축(220)에 장착 가능하도록 중앙부에 끼움공이 형성된다.

지지돌기(240)는 압입축(220)에 장착되는 무게추(230)를 지지하도록 압입축(220) 하단에 체결된다.

압입자(250)는 지지돌기(240) 하면에 연결되어 지지돌기(240) 하부로 돌출된다.

도1을 참조하면 회전판(300)은 상판(110)의 상부에 회전 가능하도록 설치되는데, 상판(110)의 상면에 탑재될 수 있다.

도5를 참조하면 회전판(300)에는 걸림판(210)이 상하로 통과되지 못하도록 걸리는 걸림홈(311)이 형성된다. 또한, 회전판(300)에는 걸림홈(311)에 연통되며 걸림판(210)이 상하로 통과 가능한 낙하홈(312)이 형성된다. 회전판(300)의 상면에는 구동돌기(320)가 돌출 형성된다. 걸림홈(311) 및 낙하홈(312)은 관통공(112)의 수에 대응하는 개수만큼 형성된다.

도2를 참조하면 회전수단(400)은 회전축(410), 고정테(420), 트리거(trigger)(430), 파지돌기(440) 및 체결볼트(450)를 포함한다.

회전축(410)은 상판(110)의 상부에 회전 가능하도록 설치되는데, 상판(110)의 상하면을 관통하며 설치된다.

고정테(420)는 중앙부에 형성된 끼움공을 통하여 회전축(410)에 외삽된다. 상기 고정테(420)의 끼움공은 회전축(410)이 내삽되는 경우 회전축(410)의 외측면과 유격 틈새를 형성할 수 있도록 회전축(410)의 횡단면 보다 크게 형성된다.

체결볼트(450)는 고정테(420)의 외측면으로부터 끼워져 회전축(410)을 가압하게 된다. 체결볼트(450)가 회전축(410)을 가압하며 체결됨으로써 고정테(420)가 회전축(410)과 일체로 회전할 수 있게 된다.

고정테(420)의 외측면에는 트리거(trigger)(430)가 장착되어 돌출된다. 도1을 함께 참조하면 걸림판(210)이 걸림홈(311)에 걸려 있는 상태에서 회전축(410)이 회전하게 되면, 트리거(trigger)(430)가 구동돌기(320)와 접촉하며 회전판(300)을 회전시킴으로써 걸림판(210)이 낙하홈(312) 및 본체(100)의 관통공(112)을 통하여 낙하하게 된다.

도3을 참조하면 상판(110)의 상면에는 멈춤돌기(114)가 돌출 형성되고, 도5를 참조하면 회전판(300)에는 멈춤돌기(114)에 외삽되어 슬라이딩되는 원호형의 안내홈(330)이 형성된다. 회전판(300)의 회전시 안내홈(300)이 멈춤돌기(114)를 따라 안내됨으로써 회전판(300)의 회전 각도가 제한된다. 즉, 안내홈(300)의 측단이 멈춤돌기(114)에 걸림에 따라 회전판(300)의 회전 각도가 제한된다.

도3을 참조하면 안내판(130)은 하판(140)의 상면에 고정 설치될 수 있다. 안내판(130)에는 상하를 관통하는 안내공(132)이 형성된다. 안내공(130)은 걸림판(210)이 낙하홈(312) 및 상판(110)의 관통공(112)을 통하여 낙하하는 경우 지지돌기(240)의 하부 이동을 안내하기 위한 것이다. 안내공(130)은 관통공(112)의 수에 대응하는 개수만큼 형성된다.

도3을 참조하면 하판(140)은 지지대(120)의 하단에 연결되는데, 하판(130)의 상면에는 판상의 시험편(150)이 탑재된다. 판상의 시험편(150)은 하판(130)의 상면에 안착됨으로써 안내판(130) 하부에 위치하게 된다. 한편, 본 발명에 따른 일실시예는 안내판(130)을 상하로 이동시킬 수 있는 안내판 상하 이동수단(도면 미도시)을 구비할 수 있다. 따라서, 걸림판(210)이 낙하홈(312) 및 상기 상판(110)의 관통공(112)을 통하여 낙하하는 경우 압입자(250)가 안내판(130)의 안내공(132)을 통과하여 판상의 시험편(150)을 압입하게 된다.

도2를 참조하면 태엽장치(500)는 상판(110)의 하면에 연결 설치될 수 있다. 태엽장치(500)는 회전축(410)에 연결되는데, 태엽이 실장되는 태엽 하우징(510)과 작동 지연부(520)를 포함한다. 태엽장치(500)는 상기 태엽의 복원력에 의하여 회전축(410)을 기계적으로 회전시키기 위한 것이다. 한편, 태엽에 탄성 에너지를 저장하기 위하여는 회전축(410)을 회전시켜 상기 태엽을 감아야 하는데, 이를 위하여 회전축(410)에는 파지돌기(440)가 돌출 형성된다.

도2를 참조하면 작동 지연부(520)는 상기 태엽과 회전축(410) 사이에 게재되는데, 다수개의 톱니바퀴를 포함한다. 작동 지연부는 상기 태엽의 복원력에 의하여 회전축(410)이 회전하는 경우 회전축(410)의 회전 속도를 늦추기 위한 것이다.

이하, 상기한 일실시예의 작동에 대하여 설명한다.

도2를 참조하여 상기 태엽을 감는 과정에 대하여 설명한다. 체결볼트(450)가 회전축(410)을 가압하지 않은 상태에서 회전축(410)을 회전시켜 상기 태엽을 감아 상기 태엽에 탄성 에너지를 저장한다. 체결볼트(450)가 회전축(410)을 가압하지 않은 상태에서는 회전축(410)이 회전하더라도 고정테(420)는 회전하지 않게 되고, 따라서 트리거(trigger)(430)가 구동돌기(320)를 가압하지 않게 되어 회전판(300)이 회전하지 않게 된다. 파지돌기(440)를 이용하여 상기 태엽을 충분히 감게되면 체결볼트(450)를 체결하여 고정테(420)가 회전축(410)과 일체로 회전할 수 있게 한다.

도1, 도3 및 도5를 참조하여 압입수단(200)의 설치과정에 대하여 설명한다. 먼저 회전판(300)을 상판(110) 상면에 설치한다. 이 경우 낙하홈(312)이 관통공(112) 상부에 위치하도록 한다. 이어서, 압입수단(200)을 낙하홈(312) 및 관통공(112)을 경유하여 하강시켜 압입자(250)가 하판(140)의 돌출공(142) 내부에 위치 하도록 한다. 이어서, 회전판(300)을 회전시켜 걸림홈(311)이 걸림판(210) 하부에 위치하도록 한다. 걸림홈(311)이 걸림판(210) 하부에 위치하게 되면 걸림판(210)이 걸림홈(311)에 걸리어 정지된 상태를 유지하게 된다.

한편, 압입변형을 안정된 환경 분위기에서 구동하기 위해서는 압입시험 장치 전체가 시험환경에 도달하기 위한 안정화 시간이 필요하며, 이 안정화 시간 동안 트리거(trirrer)(430)의 작동이 지연될 필요가 있다. 상기한 일실시예는 톱니바퀴가 구비된 작동 지연부(520)를 이용하여 트리거(trirrer)(430)의 작동을 지연시킴으로써 상기 안정화 시간을 확보할 수 있다. 즉 상기 테엽의 감기정도나 상기 톱니바퀴의 조합을 통해 트리거(trirrer)(430)의 작동 지연 시간을 늘리거나 줄일 수 있다.

상기한 일실시예는 고온, 극저온 혹은 폭발성 에너지 유체 환경의 교란없이 소규모의 압입시험 장치 전체를 환경분위기에 도입하여 추 낙하 하중으로 독립구동형 압입시험을 행할 수 있는 장점이 있다. 즉, 상기한 일실시예는 종래의 샘플채취 등이 없으며, 현장상황에 근접한 역학시험을 제공하는 장점이 있다.

상기한 일실시예는 전기 및 유압식 엑츄에이터를 배제하고, 탄성변형을 받은 소재의 기계적 복원이나 자유낙하로 발생하는 무게추(230)의 하중을 구동 및 변형을 인가하는 힘으로 사용한다. 이에 따라, 고온 등에 있어서 전력선 및 신호 추출선이 없어서 단열, 밀폐 등의 문제가 전혀 없고, 수소와 같은 폭발성 에너지 유체 내에서 활용할 경우 전기스파크 등의 위험요소가 완전히 배제되는 장점이 있다.

도1은 본 발명의 일실시예의 사시도

도2는 본 발명의 일실시예의 측면도.

도3은 도1의 본체의 사시도.

도4는 도1의 압입수단의 분해 사시도 및 결합 사시도.

도5는 도1의 회전판의 평면도.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

100:본체 110:상판

112:관통공 114:멈춤돌기

120:지지대 130:안내판

132:안내공 140:하판

200:압입수단 210:걸림판

220:압입축 230:무게추

240:지지돌기 250:압입자

300:회전판 311:걸림홈

312:낙하홈 320:구동돌기

330:안내홈

400:회전수단 410:회전축

420:고정테 430:트리거(trigger)

440:파지돌기 450:체결볼트

500:태엽장치 510:테엽 하우징

520:작동 지연부

Claims

상하를 관통하는 관통공(112)이 형성되는 상판(110) 및 상기 상판(110)을 지지하는 지지대(120)를 구비하는 본체(100);

상기 상판(110)의 관통공(112)을 통과하도록 형성되는 걸림판(210), 상기 걸림판(210)의 하부로 연장되며 무게추(230)가 장착 가능한 압입축(220), 상기 압입축(220)에 장착되는 상기 무게추(230)를 지지하도록 상기 압입축(220) 하단에 형성되는 지지돌기(240) 및 상기 지지돌기(240) 하면에 돌출되는 압입자(250)를 구비하는 압입수단(200);

상기 상판(110)의 상부에 회전 가능하도록 설치되되, 상기 걸림판(210)이 걸리는 걸림홈(311)과 상기 걸림홈(311)에 연통되며 상기 걸림판(210)이 통과 가능한 낙하홈(312)이 형성되고, 상면에 구동돌기(320)가 돌출 형성되는 회전판(300);

상기 상판(110)의 상부에 회전 가능하도록 설치되는 회전축(410), 상기 걸림홈(311)에 걸려 있던 상기 걸림판(210)이 상기 낙하홈(312) 및 상기 본체(100)의 관통공(112)을 통하여 낙하되도록 상기 회전축(410)에 연결되어 상기 회전축(410)의 회전시 상기 구동돌기(320)와 접촉하며 상기 회전판(300)을 회전시키는 트리거(trigger)(430)를 구비하는 회전수단(400);

을 포함하는 것을 특징으로 하는 독립구동형 압입시험 장치.
제1항에 있어서,

상기 상판(110)의 상면에는 멈춤돌기(114)가 돌출 형성되고,

상기 회전판(300)에는 상기 회전판(300)의 회전 각도가 제한되도록 상기 멈춤돌기(114)에 외삽되어 슬라이딩되는 원호형의 안내홈(330)이 형성되는 것을 특징으로 하는 독립구동형 압입시험 장치.
제2항에 있어서,

상기 본체(100)는 상기 걸림판(210)이 상기 낙하홈(312) 및 상기 상판(110)의 관통공(112)을 통하여 낙하하는 경우 상기 지지돌기(240)의 하부 이동을 안내하도록 상하를 관통하는 안내공(132)이 형성된 안내판(130)을 포함하는 것을 특징으로 하는 독립구동형 압입시험 장치.
제3항에 있어서,

상기 본체(100)는 상기 지지대(120)의 하단에 연결되며, 상기 걸림판(210)이 상기 낙하홈(312) 및 상기 상판(110)의 관통공(112)을 통하여 낙하하는 경우 상기 압입자(250)에 의하여 압입되는 판상의 시험편(150)이 안착되는 하판(140)을 포함하는 것을 특징으로 하는 독립구동형 압입시험 장치.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,

태엽이 구비되어 상기 태엽의 복원력에 의하여 상기 회전축(410)을 회전시키도록 상기 회전축(410)에 연결되는 태엽장치(500);

상기 회전축(410)을 회전시켜 상기 태엽을 감아 상기 태엽에 탄성 에너지가 저장되도록 상기 회전축(410)에 돌출 형성되는 파지돌기(440);

를 포함하는 것을 특징으로 하는 독립구동형 압입시험 장치.
제5항에 있어서,

상기 회전축(410)이 내삽되는 경우 상기 회전축(410)의 외측면과 유격 틈새가 형성되는 끼움공이 형성되며, 상기 트리거(trigger)(430)가 장착되는 고정테(420);

상기 고정테(420)가 상기 회전축(410)과 일체로 회전할 수 있도록 상기 고정테(420)의 외측면으로부터 끼워져 상기 회전축(410)을 가압하는 체결볼트(450)를 포함하는 것을 특징으로 하는 독립구동형 압입시험 장치.
제5항에 있어서,

상기 태엽장치(500)는, 상기 태엽의 복원력에 의하여 상기 회전축(410)이 회 전하는 경우 상기 회전축(410)의 회전 속도가 늦추어지도록 상기 태엽과 상기 회전축(410) 사이에 게재되는 다수개의 톱니바퀴를 포함하는 것을 특징으로 하는 독립구동형 압입시험 장치.