KR101151692B1 - 굴곡부를 가지는 금속 멤브레인의 충격시험장치 - Google Patents

굴곡부를 가지는 금속 멤브레인의 충격시험장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 굴곡부를 가지는 금속멤브레인의 충격시험장치를 개시한다. 본 발명은 굴곡부를 가지는 금속 멤버레인의 굴곡부를 덮을 수 있도록 굴곡부를 수용하는 수용공간을 가지는 터널형 하우징과, 금속 멤브레인을 지지하도록 터널형 하우징에 결합되는 베이스와, 터널형 하우징의 내면과 굴곡부의 외면 사이에 배치되도록 수용공간에 설치되고 유체를 수용하기 위한 챔버 및 유체가 주입되도록 챔버와 연결된 주입구가 형성되어 있으며 챔버 내부의 압력변화에 따라 외형이 변형될 수 있는 가변형 몸체를 갖는 압력백과, 압력백을 팽창시켜 굴곡부를 가압할 수 있도록 주입구를 통해 챔버에 유체를 공급하며 굴곡부에 압력펄스를 부여하는 충격수단을 구비하는 것이 그 특징이다. 충격수단은 터널형 하우징의 상부에 결합되며 주입구를 통하여 압력백에 유체를 공급하는 유압실린더와, 유압실린더의 내부에서 이동가능하도록 설치되며 주입구의 방향으로 순간적으로 이동하여 굴곡부에 압력펄스를 부여하는 피스톤과, 유압실린더의 측면에 설치되는 릴리프밸브와, 유압실린더의 측면에 설치되어 유압실린더의 압력을 감지하는 압력게이지를 구비한다. 본 발명에 의하면, 터널형 하우징, 압력백, 충격수단 등의 간단한 치구 및 장비를 이용하여 굴곡부를 갖는 금속멤브레인의 충격 특성에 대해 간단하게 시험 평가할 수 있다.
Figure R1020090059775
멤브레인, 충격, 내압, 시험

Description

굴곡부를 가지는 금속 멤브레인의 충격시험장치{IMPACT TEST EQUIPMENT FOR THE CORRUGATED METAL MEMBRANE}
본 발명은 충격시험장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 굴곡부를 가지는 금속 멤브레인에 압력펄스를 공급하여 금속 멤버레인의 충격내압 특성을 측정할 수 있는 굴곡부를 가지는 금속 멤브레인의 충격시험장치에 관한 것이다.
굴곡부(Corrugation)를 갖는 멤브레인(Membrane)은 액화천연가스(LNG)와 같은 극저온 유체를 저장하는 저장 탱크의 내벽 등 구조적 강도와 온도 변화에 따른 열충격 흡수가 요구되는 다양한 분야에 이용되고 있다. 액화천연가스 저장용 저장 탱크의 경우 금속 멤브레인에 극저온의 유체가 접촉하면 굴곡부가 옆으로 신장됨으로써 멤브레인의 용접부에 발생하는 국부응력이 완화될 수 있다. 굴곡부의 높이가 높을수록 멤브레인이 열수축할 때 용접부에 발생하는 응력은 줄어드나, 압력 한계가 낮아질 수 있다. 따라서, 멤브레인의 설계 시에는 굴곡부의 내압 특성에 대한 평가가 수반되어야 한다.
멤브레인 굴곡부의 내압 특성을 평가하기 위한 방법으로 유한요소해석 툴(Finite Element Analysis Tool)을 이용하는 방법이 있다. 이러한 방법은 압력에 대한 멤브레인의 변형 거동을 유한요소해석을 통해 예측하는 것이다.
멤브레인 굴곡부의 내압 특성을 평가하기 위한 다른 방법으로 가압 유체를 이용하여 멤브레인 굴곡부의 내압 특성을 평가하는 방법이 있다. 이러한 방법은 멤브레인의 내압 특성을 파악하기 위해 먼저, 멤브레인의 일부를 절개하여 유체 챔버의 내부에 위치시키고, 상하부의 압력차를 발생시키기 위해 치구 바닥부와 하부를 완전히 용접하여 밀폐시킨다. 그리고 상부에 유체를 채우고 펌프를 이용하여 가압함으로써 멤브레인의 내압 특성을 평가할 수 있다.
그러나, 종래의 유한요소해석툴을 이용하여 금속멤브레인 굴곡부의 충격 특성을 평가하는 방법은 실험적인 검증이 수반되지 않는 문제점이 있다. 또한, 금속멤브레인의 일부를 유체 챔버의 내부에 위치시키고 압력을 가해 금속멤브레인의 충격 특성을 평가하는 방법은 금속멤브레인의 일부를 절개하고 치구의 바닥부를 용접해야 하는 등의 매우 번거로운 작업이 수반되고, 멤브레인에 충격 특성을 평가하는 실험 시간이 길어지며, 많은 비용이 소용되는 문제점이 있다.
본 발명은 상기한 바와 같은 종래기술의 여러 가지 문제점들을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 간단한 치구 및 장비를 이용하여 금속멤브레인의 충격 특성을 손쉽게 파악할 수 있는 굴곡부를 가지는 금속멤브레인의 충격시험장치를 제공함에 있다.
이와 같은 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 특징은, 굴곡부를 가지는 금속 멤버레인의 굴곡부를 덮을 수 있도록 굴곡부를 수용하는 수용공간을 가지는 터널형 하우징과; 금속 멤브레인을 지지하도록 터널형 하우징에 결합되는 베이스와; 터널형 하우징의 내면과 굴곡부의 외면 사이에 배치되도록 수용공간에 설치되고 유체를 수용하기 위한 챔버 및 유체가 주입되도록 챔버와 연결된 주입구가 형성되어 있으며 챔버 내부의 압력변화에 따라 외형이 변형될 수 있는 가변형 몸체를 갖는 압력백과; 터널형 하우징의 상부에 결합되며 주입구를 통하여 압력백에 유체를 공급하는 유압실린더와, 유압실린더의 내부에서 이동가능하도록 설치되며 주입구의 방향으로 순간적으로 이동하여 굴곡부에 압력펄스를 부여하는 피스톤과, 유압실린더의 측면에 설치되는 릴리프밸브와, 유압실린더의 측면에 설치되어 유압실린더의 압력을 감지하는 압력게이지를 갖는 충격수단을 포함하는 것에 있다.
본 발명에 따른 굴곡부를 가지는 금속 멤브레인의 충격시험장치에 의하면, 터널형 하우징, 압력백, 충격수단 등의 간단한 치구 및 장비를 이용하여 굴곡부를 갖는 금속멤브레인의 충격 특성에 대해 간단하게 시험 평가할 수 있다. 또한, 본 발명에 의한 멤브레인의 충격시험장치는, 압력백으로 주입되는 유체의 압력 및 속도를 조절함으로써, 정압(Static Pressure) 뿐만 아니라 동압(Dynamic Pressure)에 대한 멤브레인의 구조강도를 평가할 수 있다. 이에 더하여, 본 발명에 의한 멤브레인의 충격시험장치는, 굴곡부에 비대칭 압력이 인가되는 경우나, 굴곡부의 내부 압력이 대기압 이상인 경우 등 다양한 조건에서 굴곡부의 충격내압 특성을 평가할 수 있다.
본 발명의 상기한 목적들과 그 외의 목적들과 신규한 특징은 상세한 설명을 첨부한 도면을 참고로 하여 읽어 보면, 보다 완전하고 명확하게 이해될 것이다. 도면은 설명을 위한 것일 뿐이며, 본 발명의 범위를 제한하는 것이 아니다.
이하, 본 발명에 따른 굴곡부를 가지는 금속 멤브레인의 충격시험장치에 대한 바람직한 실시예들을 첨부된 도면들에 의거하여 상세하게 설명한다. 도면에서 구성요소의 크기와 형상 등은 발명의 이해를 돕기 위해 과장되거나 단순화되어 나타날 수 있다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 먼저, 금속 멤브레인(10)은 굴곡부(12)와, 굴곡부 의 주변의 평탄부(14)를 가진다. 이와 같은 금속 멤브레인(10)은 LNG를 저장하는 저장탱크의 1차 방벽으로 사용된다.
본 발명의 일실시예에 의한 금속 멤브레인의 충격시험장치(100)는, 굴곡부(11)를 갖는 금속 멤브레인(10)을 올려놓을 수 있는 베이스(20), 터널형 하우징(40), 고정수단(50), 압력백(60) 및 충격수단(70)을 구비한다.
베이스(20)는 베이스패널(22)과 베이스패널(22)의 위에 적층되어 있는 스페이서(24)로 구성된다. 스페이서(24)에는 수용홈(26)이 형성되어 있다. 수용홈(26)에는 지지패널(28)이 수용된다. 금속 멤브레인(10)이 스페이서(24)의 위에 놓일 때, 굴곡부(12)의 주변 부분을 포함한 금속 멤브레인(10)의 적어도 일부가 지지패널(28) 위에 위치함으로써, 지지패널(28)이 금속 멤브레인(10)의 충격내압 특성에 어떤 영향을 주는지 파악할 수 있다. 이에 따라, 지지패널(28)은 베이스(20)와 다른 재질로 이루어진 것이 바람직하다.
한편, 스페이서(24)는 지지패널(28)을 수용하는 수용홈(26)을 갖는 것으로 경우에 따라 생략될 수 있다. 예컨대, 액화천연가스 저장탱크의 1차 방벽으로 사용되는 금속 멤브레인(10)의 충격시험의 경우, 지지패널(28)로는 1차 방벽을 지지하는 플라이우드(Plywood)가 사용될 수 있다. 이렇게 플라이우드를 밑에 배치한 상태에서 1차 방벽으로 이용되는 금속 멤브레인(10)에 압력을 가하면, 플라이우드가 금속 멤브레인(10)의 충격내압 특성에 어떤 영향을 주는지 검사할 수 있고, 액화천연가스를 저장한 액화천연가스 저장탱크의 1차 방벽이 액화천연가스에 의해 압력을 받는 상황을 모사 실험할 수 있다. 본 발명에 있어서, 스페이서(24)는 생략될 수 있으며, 이 경우 금속 멤브레인(10)은 베이스 패널(22) 위에 놓이게 된다.
터널형 하우징(40)은 적어도 금속 멤브레인(10)의 굴곡부(12)의 일부를 덮을 수 있는 길이를 가지며, 굴곡부(12)를 수용하는 수용공간(42)을 가진다. 터널형 하우징(40)의 양단에는 굴곡부(12)가 통과되는 개구(44)가 각각 형성되어 있다. 개구(44)는 굴곡부(11)에 대응하는 형상으로 이루어지는 것이 바람직하다. 도면에는 터널형 하우징(40)이 사각 박스 형상으로 이루어진 것으로 도시되어 있으나, 터널형 하우징(40)의 형상은 사각 박스 형상으로 한정되지 않고, 다양한 형상으로 실시될 수 있다.
도 2를 참조하면, 터널형 하우징(40)의 수용공간(42)은 터널형 하우징(40)의 중앙에 배치되어 있다. 수용공간(42)의 크기는 터널형 하우징(40)의 내면과 굴곡부(12)의 외면 사이의 간격을 가능한 작게 하는 크기인 것이 좋다. 터널형 하우징(40)의 내면과 굴곡부(12)의 외면 사이의 간격이 작으면, 금속 멤브레인(10)의 충격시험의 정확성을 높일 수 있다. 터널형 하우징(40)의 중앙에는 수용공간(42)과 연결된 결합구멍(46)이 형성되어 있다. 수용공간(42)과 결합구멍(46)의 위치는 터널형 하우징(40)의 중앙으로 한정되지 않고 다양하게 변경될 수 있다.
고정수단(50)은 복수의 볼트(52) 및 너트(54)로 구성된다. 복수의 볼트(52) 및 너트(54)에 의해 도 2에 도시된 바와 같이 터널형 하우징(40)은 베이스(20)에 고정된다. 이에 따라, 복수의 볼트(52)가 관통할 수 있도록 터널형 하우징(40)의 양쪽 측부에는 복수의 관통구멍(48)이 형성되어 있다. 볼트(52)를 베이스(20)의 관통구멍(30)(32), 금속 멤브레인(10)의 관통구멍(18) 및 터널형 하우징(40)의 관통 구멍(48)에 차례로 관통시킨 후, 볼트(52)의 끝단에 너트(54)를 결합함으로써 터널형 하우징(40)을 베이스(20)에 고정할 수 있다. 고정수단(50)은 볼트(52) 및 너트(54) 이외에 클램프 기구 등 터널형 하우징(40)을 베이스(20)에 고정할 수 있는 다른 기구가 이용될 수 있다.
도 2를 참조하면, 압력백(60)은 터널형 하우징(40)의 수용공간(42)에 수용되며, 그 상부 표면이 수용공간(42) 주변의 내면에 부착되어 있을 수도 있고, 분리되어 있을 수도 있다. 즉, 압력백(60)은 수용공간(42)과 굴곡부(12) 사이에 개재된다. 압력백(60)은 내부 압력이 상승하면 팽창하고 내부 압력이 감소하면 원래 상태로 수축하는 가변형 몸체(62)를 갖는다. 가변형 몸체(62)는 금속 멤브레인(10)의 굴곡부(12) 및 굴곡부(12) 주변 일부를 덮을 수 있는 크기로 이루어지고, 유체를 수용할 수 있는 챔버(64)와 챔버(64)와 연결된 주입구(66)를 갖는다.
한편, 압력백(60)이 유체를 공급받아 팽창할 때, 터널형 하우징(40)의 수용공간(42)은 압력백(60)을 굴곡부(12)에 밀착시키는 역할을 한다. 압력백(60)이 팽창하여 변형이 발생되지 않도록 터널형 하우징(40)은 강성이 큰 재질로 이루어지는 것이 바람직하다.
가변형 몸체(62)는 우레탄 고무나 실리콘 고무, 타이어용 천연고무와 같은 고무 소재, 고무에 보강재가 포함되어 있는 고무합성 소재 등 원래의 부피보다 더 크게 팽창할 수 있는 신축성 있는 소재나, 신축성은 없지만 내부 압력의 변화에 따라 수축 및 팽창이 가능한 유연성 소재로 이루어질 수 있다. 가변형 몸체(62)는 주입구(66)를 제외한 나머지 부분이 모두 밀폐되어 있어서, 챔버(64)로 압축 유체가 유입되면 단단하게 팽창하면서 굴곡부(12)를 가압할 수 있다.
또한, 압력백(60)으로 신축성 있는 사각형 부재 두 개가 봉합되어 있는 백을 예로 들 수 있다. 이러한 형태의 백은 네 개의 모서리가 봉합되어 있으며, 두 개의 사각형 부재 사이에는 유체가 누출되지 않고 수용될 수 있는 챔버가 형성되어 있다. 그리고 두 개의 사각형 부재 중 상부에 위치하는 사각형 부재의 중앙에 주입구가 형성되어 있고, 하부에 위치하는 사각형 부재의 중앙은 굴곡부(12)의 정상부(16)에 대응하는 굴곡면으로 이루어져 있다. 이렇게 백의 일부가 굴곡면으로 이루어짐으로써, 백은 굴곡부(12)에 틈새 없이 밀착될 수 있다. 이러한 신축성 백의 형태 이외에, 압력백(60)은 수용공간(42)에 수용되어 유체를 공급받으면 팽창하여 굴곡부(12)를 가압할 수 있는 다양한 형태로 만들어질 수 있다.
충격수단(70)은 압력백(60)을 팽창시켜 굴곡부(12)를 가압할 수 있도록 압력백(60)의 주입구(66)를 통하여 챔버(64)에 유체를 공급한다. 또한, 충격수단(70)은 유체가 충전된 압력백(60)에 순간적인 압력펄스를 부여하여, 굴곡부(12)의 충격 내압 특성을 시험할 수 있게 된다. 상술한 바와 같은 충격수단(70)은 주입관(72), 유압실린더(74), 피스톤(76), 릴리프밸브(78) 및 압력게이지(84)를 구비한다.
주입관(72)은 터널형 하우징(40)의 결합구멍(46)에 설치된다. 주입관(72)의 일단은 압력백(50)의 주입구(66)에 결합되며, 타단은 유압실린더(74)에 결합된다. 유압실린더(74)는 터널형 하우징(40)의 상부에 설치되어, 외부로부터 주입관(72)을 통하여 압력백(60)의 챔버(64)에 유체를 공급할 수 있게 된다.
유압실린더(74)의 내부에는 피스톤(76)이 설치된다. 피스톤(76)은 주입 관(72)이 설치된 방향으로 순간적으로 이동하여 굴곡부(12)에 순간적인 압력펄스를 부여한다. 즉, 도 2에 도시된 유압실린더(74)로부터 돌출된 피스톤(76)의 단부를 해머 또는 질량 낙하식 충격시험기 등을 사용하여 가격하면, 피스톤(76)은 순간적으로 일정거리만큼 이동하게 된다. 이에 따라, 유체로 충진된 압력백(60)에 충격압이 전달되며, 그 충격압은 굴곡부(12)에 전달된다. 상술한 바와 같은 피스톤(76)의 순간적인 움직임으로부터 본 발명은 굴곡부(12)를 가지는 금속 멤브레인(10)의 충격내압성을 테스트할 수 있게 된다.
유압실린더(74)의 일측에는 유압실린더(74) 내부에서 발생되는 충격압을 순간적으로 배출구(80)를 통하여 배출함으로써, 압력펄스의 피크(Peak)를 더욱 날카롭게 만들기 위하여 릴리프 밸브(78)가 설치되어 있다. 릴리프 밸브(78)는 광센서스위치로 작동된다. 광센서스위치는 피스톤(76)의 위치를 광센서를 통하여 감지하며 작동되는 간접식 스위치이다. 광센서스위치는 기계적 스위치로 대체 될 수 있다.
이와 같은 구성을 가지는 릴리프 밸브(78)는 도 2에 도시된 바와 같이 유압실린더(74)의 내부에 연통되는 파이프(82)에 결합된다. 피스톤(76)이 일정거리만큼 이동하면, 광센서스위치가 이를 감지하여 릴리프 밸브(78)를 작동시킨다. 이와 같은 릴리프 밸브(78)의 작동에 따라 피스톤(76)에 의해 가압되 유체는 유압실린더(74)에 연통되는 파이프(82)를 통하여 배기된다. 이에 따라 압력은 급격히 저하되며, 압력백(60)에 압력 피크를 발생되게 된다. 압력게이지(84)는 이와 같은 압력 피크를 측정할 수 있도록 파이프(82)에 연결되어 있다.
한편, 압력백(60)을 팽창시키는데 이용될 수 있는 압축 유체로는 공기 또는 그 이외의 기체나, 물 또는 그 이외의 액체가 이용될 수 있다. 유압실린더(74)에 설치되어 있는 압력게이지(84)는 압력 피크 및 압력백(60)의 내부 압력을 계측할 수 있다. 압력백(60)으로 공급되는 유체의 압력을 계측하기 위한 압력게이지(84)는 주입관(66)에 설치될 수도 있다.
유압실린더(74) 및 피스톤(76)의 밀폐되도록 유압실린더(74)의 내측 상부에는 유압씰(86)이 설치되어 있다. 즉, 유압씰(86)은 유압실린더(74)를 밀폐하여 압력이 유출되는 것을 방지한다. 또한, 유압실린더(74)로부터 돌출된 피스톤(76)을 감싸도록 유압실린더(74)의 상부에 고무댐퍼(88)가 설치되어 있다. 고무댐퍼(88)는 피스톤을 가격하는 해머 또는 무게추에 의해 유압실린더(74)가 손상되는 것을 방지한다.
도 2에 도시된 것과 같이, 굴곡부(12)의 내면에는 스트레인 게이지(90)가 설치되어 있다. 스트레인 게이지(90)는 압력백(60)에 의해 가압된 굴곡부(12)가 변형될 때, 굴곡부(12)의 변형량을 계측하기 위한 것이다. 스트레인 게이지(90)는 계측값을 도시되시 않은 출력장치로 출력하고, 사용자는 출력장치를 통해 굴곡부(12)의 변형량을 확인할 수 있다. 본 발명에 있어서, 스트레인 게이지(90)는 굴곡부(12)의 내면에 접촉 또는 비접촉식으로 설치되는 다른 형태의 변위량 측정장치로 변경될 수 있다. 주입관(72)과 유압실린더(74) 사이에 디지털 압력 게이지를 장착하고 스트레인 게이지(90) 신호와 동시에 수집하면, 굴곡부(12)에 인가되는 압력펄스에 따른 금속 멤브레인(10)의 변형거동을 데이터화 할 수 있다
지금부터는, 이와 같은 구성을 갖는 본 발명에 따른 굴곡부를 가지는 금속 멤브레인의 충격시험장치에 대한 작용을 설명한다.
먼저, 도 1 및 도 2에 도시된 것과 같이, 베이스(20) 위에 굴곡부(12)를 갖는 금속 멤브레인(10)을 올려놓고, 금속 멤브레인(10)의 굴곡부(12)와 굴곡부(12) 주변의 평탄부(14) 일부를 터널형 하우징(40)으로 덮는다. 시편이 되는 멤브레인(10)은 금속 또는 금속 이외의 재질로 이루어진 다양한 멤브레인일 수 있다.
터널형 하우징(40)으로 굴곡부(12)를 덮는 과정에 있어서, 터널형 하우징(40)의 수용공간(42)에 먼저 압력백(60)을 결합한 후 터널형 하우징(40)으로 굴곡부(12)를 덮는다. 이렇게 굴곡부(12) 위에 압력백(60)이 배치되도록 터널형 하우징(40)으로 굴곡부(12)를 덮은 상태에서 고정수단(50)을 이용하여 터널형 하우징(40)을 베이스(20)에 고정한다. 터널형 하우징(40)에는 유압실린더(74)를 비롯한 충격수단(70)이 사전에 결합된 이후에, 금속멤브레인을 덮는 것이 바람직하다.
이후, 유압실린더(74)를 통하여 압축 유체를 압력백(60)에 주입한다. 압력백(60)에 유체가 주입되면, 압력백(60)의 내부 압력이 상승하면서 압력백(60)이 팽창한다. 팽창하는 압력백(60)은 터널형 하우징(40)의 내면과 굴곡부(12)의 외면 사이의 공간을 채우면서 굴곡부(12)를 가압하고, 이에 의해 굴곡부(12)의 외면 전체에 고른 압력이 인가된다.
이후, 해머 또는 무게추를 피스톤(76)의 상부를 가격하면, 피스톤(76)은 순간적으로 일정거리만큼 이동되어 압력펄스를 발생시킨다. 압력펄스는 압력백(60)에 충격압력으로 전달되며, 충격압력은 굴곡부(12)에 전달된다. 굴곡부(12)가 압력 백(60)으로부터 충격압력을 받아 변형되면, 스트레인 게이지(90)가 굴곡부(12)의 변형량을 계측함으로써 금속 멤브레인(10)의 충격내압 특성을 파악할 수 있다. 이러한 금속 멤브레인(10)의 충격내압 시험에 있어서, 압축 유체의 압력이나 주입량 변화를 통해 압력백(60)의 내부 압력을 조절함으로써, 다양한 조건하에서 금속 멤브레인(10)의 충격내압 특성을 파악할 수 있다.
도 3은 본 발명의 제2실시예(200)에 의한 충격내압 시험장치를 이용하여 금속 멤브레인의 충격내압 특성을 시험하는 장비를 도시하고 있다. 제2실시예(200)의 베이스, 하우징, 고정수단, 압력백 및 충격수단은 제1실시예(100)의 베이스(20), 하우징(40), 고정수단(50), 압력백(60) 및 충격수단(70)과 동일하므로, 동일한 부호를 부여하고 이에 대한 자세한 설명은 생략한다.
제2실시예(200)는 굴곡부(12)의 외면과 이와 대면하는 압력백(60)의 표면 사이에 마찰 감소를 위한 윤활물질(110)이 개재되는 점에서 제1실시예(100)에 대하여 차이가 있다. 윤활물질(110)은 압력백(60)의 표면에 적층된 상태로 압력백(60)이 굴곡부(12)를 덮을 때 굴곡부(12)와 압력백(60)의 사이에 개재될 수 있다. 윤활물질(110)은 굴곡부(12)와 압력백(60) 사이의 마찰을 저감시킴으로써, 압력백(60)이 유체 주입에 의해 팽창할 때, 굴곡부(12)의 외면에 전단응력이 발생하는 것을 방지할 수 있다. 윤활물질(100)로는 액상의 윤활액이나 고상의 윤활필름이 이용될 수 있다.
도 4 및 도 5는 본 발명의 제3실시예(300)에 의한 금속 멤브레인(10)의 충격시험장치의 주요 구성을 나타낸 측단면도 및 정면도이다. 도 4에 도시된 제3실시 예(300)의 베이스, 하우징, 고정수단, 압력백 및 충격수단은 제1실시예(100)의 베이스(20), 하우징(40), 고정수단(50), 압력백(60) 및 충격수단(70)과 그 기본적인 구성이 동일하므로 동일한 부호를 부여하고 이에 대한 설명은 생략한다.
제3실시예(300)는 터널형 하우징(40)의 양쪽 끝단 각각에 커버부재(120)가 결합된다. 커버부재(120)는 터널형 하우징(40)의 양쪽 끝단 각각에 결합됨으로써, 터널형 하우징(40)의 개구(44)를 통해 압력백(60)의 일부가 터널형 하우징(40)의 외부로 빠져나가는 것을 막아준다.
터널형 하우징(40)의 내면과 굴곡부(12)의 외면 사이에 개재된 압력백(60)이 팽창할 때, 압력백(60)의 일부가 개구(44)를 통해 빠져나갈 수 있다. 이 경우, 압력백(60)의 압력한계가 감소되고, 굴곡부(12)의 외면을 고르게 가압하기 위해 유체 공급량을 증가시켜야 하는 문제가 발생한다. 이러한 문제는 커버부재(120)로 개구(44)를 밀폐하여 굴곡부(12)와 터널형 하우징(40) 사이의 틈새를 막음으로써 해결할 수 있다.
커버부재(120)는 볼트(122)와 같은 체결수단에 의해 터널형 하우징(40)의 끝단에 고정된다. 도 4 및 도 5에 도시된 것과 같이, 커버부재(120)에는 볼트(120)를 결합하기 위한 관통구멍(124)이 형성되어 있고, 터널형 하우징(40)의 끝단에는 볼트(122)가 나사 결합될 수 있는 나사구멍(126)이 형성되어 있다. 체결수단으로는 볼트(122) 이외에, 커버부재(120)를 터널형 하우징(40)에 착탈 가능하게 결합할 수 있는 다양한 기구가 이용될 수 있다.
커버부재(120)는 개구(44)를 덮을 수 있는 크기로, 터널형 하우징(40)의 끝 단 넓이와 같거나 이보다 더 클 필요는 없다. 또한, 커버부재(120)는 굴곡부(12)에 대응하는 홈(128)과 압력백(60)의 모서리를 수용공간(42)의 내부로 가압하기 위한 돌출부(130)를 갖는다.
도 4 및 도 5에 도시된 것과 같이, 돌출부(130)는 커버부재(120)의 배면에 수용공간(42)을 향해 돌출되어 있어서, 커버부재(120)가 터널형 하우징(40)의 끝단에 결합될 때 압력백(60)의 모서리를 압축시킨다. 이렇게 돌출부(130)가 압력백(60)의 모서리를 터널형 하우징(40)의 내면에 압착시킴으로써, 응력집중이 발생하는 모서리가 보강될 수 있다. 모서리에 봉합부가 형성되어 있는 압력백의 경우에는 돌출부(130)가 고압에서 압력백(60)의 모서리 봉합부가 손상되는 것을 막아줌으로써 실험장치의 신뢰성 향상에 기여할 수 있다.
도 6은 본 발명의 제4실시예(400)에 의한 멤브레인의 충격시험장치를 나타내고 있다. 도 6에 도시된 제4실시예(400)의 베이스, 하우징, 고정수단 및 충격수단은 제1실시예(100)의 베이스(20), 하우징(40), 고정수단(50) 및 충격수단(70)과 그 기본적인 구성이 동일하므로, 동일한 부호를 부여하고 그에 대한 자세한 설명은 생략한다.
제4실시예(400)는 제1실시예(100)의 압력백(60)과 구별되는 압력백(140)을 구비한다. 본 실시예에 의한 충격시험장치의 압력백(140)은 굴곡부(12)의 외면 일부분만을 가압할 수 있도록 챔버(142)가 가변형 몸체(144)의 내부에 한쪽으로 치우쳐 비대칭적으로 배치되어 있는 것이다.
따라서, 굴곡부(12)의 정상부(16)를 기준으로 굴곡부(12)의 우측부는 압력 백(140)과 밀착되어 압력을 받을 수 있고, 굴곡부(12)의 좌측부는 압력백(140)과 떨어져 있어서 압력을 받지 않는다. 굴곡부(12)의 우측부와 압력백(140)의 사이에는 공간(146)이 형성되어 있어서, 압력백(140)이 팽창하면 굴곡부(12)는 측면 방향으로 변형될 수 있다. 이러한 본 실시예에 의한 충격시험장치는 굴곡부(12)의 일부분에만 압력이 작용하는 경우를 모사 실험할 수 있다. 본 실시예에 있어서, 챔버(142)의 위치는 도시된 것으로 한정되지 않고, 굴곡부(12)의 일부분에만 압력을 작용하는 조건 하에서 가변형 몸체(144) 내부의 다양한 위치로 변경될 수 있다.
도 7은 본 발명의 제5실시예(500)에 의한 금속멤브레인의 충격시험장치를 나타낸 것이다. 도 7에 도시된 제5실시예의 베이스, 하우징, 고정수단 및 충격수단은 제1실시예의 베이스, 하우징, 고정수단 및 충격수단과 그 기본적인 구성이 동일하므로 동일한 부호를 부여하고 그에 대한 자세한 설명은 생략한다.
제5실시예(500)는 제1실시예(100)의 압력백(60)과 구별되는 압력백(150)을 구비한다. 본 실시예에 의한 충격시험장치의 압력백(150)은 굴곡부(12)의 외면 일부분만을 가압할 수 있도록 가변형 몸체(152)의 챔버(154)가 내부에 한쪽으로 치우쳐 비대칭적으로 형성되어 있다.
따라서, 굴곡부(12)의 정상부(16)를 기준으로 굴곡부(12)의 우측부는 압력백(150)과 밀착되어 압력을 받을 수 있고, 굴곡부(12)의 좌측부는 압력백(150)이 형성되어 있지 않으므로 압력을 받지 않는다. 굴곡부(12)의 우측부와 압력백(150)의 사이에는 공간(156)이 형성되어 있어서, 압력백(150)이 팽창하면 굴곡부(12)는 측면 방향으로 변형될 수 있다. 이러한 본 실시예에 의한 충격시험장치는 굴곡 부(12)의 일부분에만 압력이 작용하는 경우를 모사 실험할 수 있다. 본 실시예에 있어서, 챔버(154)의 위치는 도시된 것으로 한정되지 않고, 굴곡부(12)의 일부분에만 압력을 작용하는 조건 하에서 가변형 몸체(152) 내부의 다양한 위치로 변경될 수 있다.
또한, 도 7에 도시된 바와 같이, 하우징(40)에 스틸바(158)가 체결되어, 압력백(150)이 팽창을 구속하여 굴곡부(12)가 변형하기 위한 더 넓은 공간(156)을 제공할 수 있다. 스틸바(158)는 굴곡부(12)의 정상부(16)에 근접되도록 배치되며, 스틸바(158)는 하우징(40)을 관통하는 볼트(160)에 의해 고정된다. 이와 같이 고정된 스틸바(158)에 의하여 굴곡부(12)의 정상부(16)가 압력백(150)의 팽창에 의하여 파손되는 것을 방지할 수 있다. 제5실시예(500)의 스틸바(158)는 제3실시예(300)의 돌출부(130)와 동일한 작용효과를 가진다. 즉, 스틸바(158)는 압력백(150)의 모서리를 터널형 하우징(40)의 내면에 압착시킴으로써, 응력집중이 발생하는 모서리가 보강될 수 있다. 모서리에 봉합부가 형성되어 있는 압력백(150)의 경우에는 스틸바(158)가 고압에서 압력백(150)의 모서리 봉합부가 손상되는 것을 막아줌으로써 실험장치의 신뢰성 향상에 기여할 수 있다.
이상에서 설명한 것과 같이, 본 발명에 의한 금속멤브레인의 충격시험장치는, 터널형 하우징, 압력백, 충격수단등의 간단한 치구 및 장비를 이용하여 굴곡부(12)를 갖고 있는 금속멤브레인(10)의 충격내압 특성을 간단하게 검사할 수 있다. 또한, 압력백으로 주입되는 유체의 압력 및 속도를 조절함으로써, 정압 뿐만 아니라 동압에 대한 굴곡부(12)의 구조강도를 평가할 수 있다. 또한, 굴곡부(12)에 비대칭 압력이 인가되는 경우나, 굴곡부(12)의 내부 압력이 대기압 이상인 경우 등 다양한 조건에서 굴곡부(12)가 압력을 받는 상황을 모사 실험할 수 있다.
이상에서 설명된 실시예는 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한 것에 불과하다. 본 발명의 권리범위는 설명된 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상과 특허청구범위 내에서 이 분야의 당업자에 의하여 다양한 변경, 변형 또는 치환이 가능할 것이며, 그와 같은 실시예들은 본 발명의 범위에 속하는 것으로 이해되어야 할 것이다.
예를 들면, 제1실시예(100)를 비롯한 모든 실시예들(200, 300, 400, 500)의 고정수단(50)은 생략될 수도 있다. 이 경우, 압력백(60, 140, 150)에 유체를 주입할 때, 터널형 하우징(40)을 베이스(20) 쪽으로 가압함으로써 굴곡부(12)의 외면에 고른 가압력이 인가되도록 할 수 있다. 고정수단(50)이 생략될 경우, 터널형 하우징(40)을 가압하기 위해 유압장치와 같은 가압수단이 사용될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 의한 금속멤브레인의 충격시험장치를 나타내는 사시도이며,
도 2는 도 1에 도시된 충격시험장치를 나타내는 단면도이다.
도 3은 본 발명의 제2실시예에 의한 충격시험장치를 나타내는 단면도이다.
도 4 및 도 5는 본 발명의 제3실시예에 의한 충격시험장치를 나타내는 측면도 및 정면도이다.
도 6는 본 발명의 제4실시예에 의한 충격시험장치를 나타내는 단면도이다.
도 7은 본 발명의 제5실시예에 의한 충격시험장치를 나타내는 단면도이다.
♣ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 ♣
10: 금속멤브레인 20: 베이스
40: 하우징 50: 고정수단
60: 압력백 70: 충격수단
72: 주입관 78: 릴리프 밸브
84: 압력게이지 90: 스트레인게이지
110: 윤활물질 120: 커버부재
158: 스틸바

Claims (14)

  1. 굴곡부를 가지는 금속 멤버레인의 상기 굴곡부를 덮을 수 있도록 상기 굴곡부를 수용하는 수용공간을 가지는 터널형 하우징과;
    상기 금속 멤브레인을 지지하도록 상기 터널형 하우징에 결합되는 베이스와;
    상기 터널형 하우징의 내면과 상기 굴곡부의 외면 사이에 배치되도록 상기 수용공간에 설치되고, 유체를 수용하기 위한 챔버 및 유체가 주입되도록 상기 챔버와 연결된 주입구가 형성되어 있으며, 상기 챔버 내부의 압력변화에 따라 외형이 변형될 수 있는 가변형 몸체를 갖는 압력백과;
    상기 터널형 하우징의 상부에 결합되며 상기 주입구를 통하여 상기 압력백에 유체를 공급하는 유압실린더와, 상기 유압실린더의 내부에서 이동가능하도록 설치되며 상기 주입구의 방향으로 순간적으로 이동하여 상기 굴곡부에 압력펄스를 부여하는 피스톤과, 상기 유압실린더의 측면에 설치되는 릴리프밸브와, 상기 유압실린더의 측면에 설치되어 상기 유압실린더의 압력을 감지하는 압력게이지를 갖는 충격수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 굴곡부를 가지는 금속 멤브레인의 충격시험장치.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 충격수단은 상기 피스톤의 위치를 감지하여 상기 릴리프 밸브를 작동시키는 기계적 스위치를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 굴곡부를 가지는 금속 멤브레인의 충격시험장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 충격수단은 상기 피스톤의 위치를 감지하여 상기 릴리프 밸브를 작동시키는 광센서스위치를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 굴곡부를 가지는 금속 멤브레인의 충격시험장치.
  5. 청구항 5은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제1항에 있어서,
    상기 터널형 하우징을 상기 굴곡부를 덮은 상태로 상기 베이스에 고정하기 위한 고정수단;을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 굴곡부를 가지는 금속 멤브레인의 충격시험장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 굴곡부의 외면과 상기 압력백의 표면 사이의 마찰 감소를 위하여 상기 굴곡부의 외면과 접하는 상기 압력백의 표면에 적층되는 윤활물질을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 굴곡부를 가지는 금속 멤브레인의 충격시험장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 윤활물질은 고체윤활필름인 것을 특징으로 하는 굴곡부를 가지는 금속 멤브레인의 충격시험장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 터널형 하우징의 양단 중 적어도 어느 하나에는 상기 굴곡부가 통과할 수 있는 개구가 형성되어 있고,
    상기 압력백의 일부가 상기 개구를 통해 상기 터널형 하우징의 외부로 빠져 나가지 못하도록 상기 터널형 하우징의 상기 개구가 형성된 끝단에 결합되고, 상기 굴곡부에 대응하는 홈을 갖는 커버부재;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 굴곡부를 가지는 금속 멤브레인의 충격시험장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 커버부재는 상기 압력백의 모서리를 상기 수용공간의 내부로 가압할 수 있도록 상기 수용공간을 향해 돌출된 돌출부를 갖는 것을 특징으로 하는 굴곡부를 가지는 금속 멤브레인의 충격시험장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 압력백이 상기 굴곡부의 외면 일부분만을 가압할 수 있도록 상기 챔버는 상기 가변형 몸체의 내부에 한쪽으로 치우쳐 비대칭적으로 배치되는 것을 특징으로 하는 굴곡부를 가지는 금속 멤브레인의 충격시험장치.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 굴곡부의 주변 부분을 포함하는 상기 금속 멤브레인의 적어도 일부를 지지할 수 있도록 상기 베이스 위에 배치되는 지지패널;을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 굴곡부를 가지는 금속 멤브레인의 충격시험장치.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 압력백이 상기 굴곡부의 외면 일부분만을 가압할 수 있도록 상기 챔버는 상기 가변형 몸체의 내부에 한쪽만 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 굴곡부를 가지는 금속 멤브레인의 충격시험장치.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 압력백의 가변형 몸체을 밀봉하며, 상기 압력백의 모서리에 압축력을 부여하기 위하여 상기 수용공간에 설치되는 스틸바를 구비하는 것을 특징으로 하는 굴곡부를 가지는 금속 멤브레인의 충격시험장치.
  14. 청구항 14은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제1항에 있어서,
    상기 압력백은 타이어 튜브용 고무, 우레탄 재질의 고무 및 실리콘 재질의 고무 중의 하나의 소재로 제조된 것을 특징으로 하는 굴곡부를 가지는 금속 멤브레인의 충격시험장치.
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