KR101271933B1 - Method for evaluating fatigue property of welding structure using fatigue testing machine - Google Patents

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Abstract

본 발명은 피로 시험기를 이용한 용접구조물의 피로 특성 평가방법을 제공한다.The present invention provides a method for evaluating fatigue properties of a welded structure using a fatigue tester.

상기 피로 시험기를 이용한 용접구조물의 피로 특성 평가방법은, 스트레인게이지가 부착된 용접구조물의 시험편을 고정체에 고정하는 단계와, 실린더와 시험편의 중심이 맞추어지도록 배치하여 피로시험으로 준비하는 단계와, 컴퓨터에 입력된 시험조건에 따른 콘트롤러의 제어에 의해 실린더가 동작하여 상기 시험편에 수평방향으로 반복적인 하중을 가하거나, 상부고정대에 의해 실린더를 수직으로 설치하여 상기 시험편에 수직방향으로 반복적인 하중을 가하며, 상기 실린더의 일단에 설치된 거리센서에 의해서 상기 실린더의 이동거리가 제어되는 실린더 동작단계;와, 상기 실린더에 의해 시험편에 가해지는 힘의 변화량을 센서에 의해 측정하고, 실린더의 하중에 의한 시험편의 변화를 시험편에 부착된 스트레인게이지를 통해 측정하여, 시험결과 데이터를 저장 및 모니터링 하는 단계를 포함하되, 상기 실린더 동작단계는 상기 실린더의 반복적인 하중에 의해 상기 시험편의 용접부분이 탈락되거나 시험편의 파단이 발생하면 콘트롤러에 의해 실린더의 동작을 중지시키며, 상기 데이터저장 및 모니터링 단계는 상기 실린더의 동작이 중지되면 중지시의 시험결과 데이터를 저장 및 모니터링 하도록 구성될 수 있다. The fatigue property evaluation method of the welded structure using the fatigue tester, the step of fixing the test piece of the welded structure with a strain gauge to the fixed body, and arranging the center of the cylinder and the test piece to be prepared by a fatigue test, The cylinder is operated by the control of the controller according to the test conditions input to the computer, and the repetitive load is applied to the specimen in the horizontal direction, or the cylinder is installed vertically by the upper fixing rod to apply the repetitive load in the vertical direction to the specimen. A cylinder operation step of controlling a moving distance of the cylinder by a distance sensor installed at one end of the cylinder; and measuring a change in force applied to the test piece by the cylinder by a sensor, and measuring the test piece by the load of the cylinder. Is measured by the strain gauge attached to the specimen, And storing and monitoring data, wherein the operation of the cylinder stops the operation of the cylinder by the controller when the welded portion of the test piece is dropped or the fracture of the test piece occurs due to the repetitive load of the cylinder. The storing and monitoring step may be configured to store and monitor test result data at the time of stopping the operation of the cylinder.

피로파괴, 시험편, 응력, 센서, 콘트롤러, 거리센서, 측정기 Fatigue failure, test piece, stress, sensor, controller, distance sensor, measuring instrument

Description

피로 시험기를 이용한 용접구조물의 피로 특성 평가방법{METHOD FOR EVALUATING FATIGUE PROPERTY OF WELDING STRUCTURE USING FATIGUE TESTING MACHINE}Fatigue Characteristics Evaluation Method of Welded Structure Using Fatigue Tester {METHOD FOR EVALUATING FATIGUE PROPERTY OF WELDING STRUCTURE USING FATIGUE TESTING MACHINE}

도 1은 본 발명에 따른 수평 방향의 피로물성평가를 위한 장치;1 is an apparatus for evaluating fatigue properties in the horizontal direction according to the present invention;

도 2는 본 발명에 따른 도 1의 시험편 고정에 대한 이해도;Figure 2 is an understanding of the test piece fixing of Figure 1 according to the present invention;

도 3은 본 발명에 따른 수직 방향의 피로물성평가를 위한 장치;3 is an apparatus for fatigue property evaluation in the vertical direction according to the present invention;

도 4는 본 발명에 따른 응력측정센서 및 측정기를 도시한 도면;4 shows a stress measuring sensor and a measuring device according to the present invention;

도 5는 본 발명에 따른 고정장치를 사용하여 시험편에서 얻은 데이터; 및5 is data obtained from a test piece using the fixing device according to the present invention; And

도 6은 본 발명에 따른 실물 피로파괴시험 작동 이해도.6 is a physical fatigue failure test operation understanding in accordance with the present invention.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>

1: 시험편 2: 베이스1: test piece 2: base

3: 실린더 4: 지지대3: cylinder 4: support

5: 이동판 6: (응력측정)센서5: moving plate 6: (stress measurement) sensor

7: 연결판 8: 고정체7: connecting plate 8: fixed body

9: 고정판 10: 핀9: fixing plate 10: pin

11: 상하지지대 12: 상부고정대11: upper and lower zone 12: upper anchor

21: 스트레인게이지 22: 측정기21: strain gauge 22: measuring instrument

23: 데이터 24: 서보벨브23: data 24: servo valve

25: 거리센서 26: 콘트롤러25: distance sensor 26: controller

27: 컴퓨터27: computer

본 발명은 각종 다양한 형상을 갖는 용접 구조물의 피로 평가 방법에 관한 것으로서, 특히 용접 구조물의 절단 없이 실제 제작된 일정 형상을 갖는 구조물을 직접 평가하기 위한 피로 시험기를 이용한 용접구조물의 피로 특성 평가방법에 관한 것이다.The present invention relates to a fatigue evaluation method of a welded structure having various shapes, and more particularly, to a fatigue characteristic evaluation method of a welded structure using a fatigue tester for directly evaluating a structure having a predetermined shape without cutting the welded structure. will be.

일반적으로, 기계 및 구조물은 반복응력을 받게 되면 그 재질의 정적강도(Static Strength)보다 상당히 작은 값 이라도 오랫동안 반복되면 파괴에 이르게 되는데 이러한 현상을 피로파괴(Fatigue Failure)라고 한다. 실제 구조물 파괴의 90% 이상은 피로와 관련된 것으로 알려져 있다.In general, machines and structures are subjected to repeated stresses, even if they are much smaller than the static strength of the material, and they are destroyed for a long time. This phenomenon is called fatigue failure. More than 90% of actual structural failures are known to be fatigue-related.

상술한 피로 파괴는 소재의 불순물 또는 결함, Keyway나 축의 단 달림 부위와 같이 단면이 급격히 변하는 곳, 기계가공 시 생기는 흠 등에서 시작된다. 재료의 피로강도를 측정하기 위해서는 시편에 반복하중을 가해주고 파단 시의 반복회전 수를 세어서 결정한다.The above-mentioned fatigue failure starts from impurities or defects of the material, places where the cross section changes rapidly, such as keyways or shaft shortening parts, and defects generated during machining. To determine the fatigue strength of a material, it is determined by applying a repetitive load to the specimen and counting the number of repetitions of rotation at break.

그러나 종래에는 용접부의 피로파괴시험을 하기 위해서는 용접구조물을 절단하여 평면으로 만들어 피로시험기에서 시험이 이루어져 단면에 대한 평가는 가능하 였으나, 실제 제작된 구조물에 대한 용접성을 평가 할 수 없는 문제점이 있었다.However, in the related art, in order to perform the fatigue fracture test of the welded part, the welded structure was cut into a flat surface, and the fatigue tester was used to evaluate the cross section. However, the weldability of the fabricated structure could not be evaluated.

상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 용접한 구조물의 번거로운 가공 작업 없이 실제 구조물에 대한 피로 평가를 수행할 수 있는 피로 시험기를 이용한 용접구조물의 피로 특성 평가방법을 제공하는데 있다.In order to solve the problems as described above, an object of the present invention is to provide a fatigue property evaluation method of the welded structure using a fatigue tester that can perform the fatigue evaluation of the actual structure without the cumbersome machining work of the welded structure. It is.

본 발명의 다른 목적은 용접 구조물이 받는 반복 하중에 따른 응력변화와 파괴점을 파악하기 위하여 자동으로 모니터링이 가능하며, 파괴시 자동으로 시험이 종료되도록 구성되는 피로 시험기를 이용한 용접구조물의 피로 특성 평가방법을 제공하는데 있다.Another object of the present invention is to monitor the fatigue characteristics of the welded structure using a fatigue tester that can be automatically monitored to determine the stress change and breakage point according to the cyclic load received by the welded structure, the failure is automatically terminated To provide a method.

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상기와 같은 목적을 달성하기 위한 기술적인 측면으로서 본 발명은, 스트레인게이지가 부착된 용접구조물의 시험편을 고정체에 고정하는 단계;와, 실린더와 시험편의 중심이 맞추어지도록 배치하여 피로시험으로 준비하는 단계;와, 컴퓨터에 입력된 시험조건에 따른 콘트롤러의 제어에 의해 실린더가 동작하여 상기 시험편에 수직 또는 수평방향으로 반복적인 하중을 가하며, 상기 실린더의 일단에 설치된 거리센서에 의해서 상기 실린더의 이동거리가 제어되는 실린더 동작단계;와, 상기 실린더에 의해 시험편에 가해지는 힘의 변화량을 센서에 의해 측정하고, 실린더의 하중에 의한 시험편의 변화를 시험편에 부착된 스트레인게이지를 통해 측정하여, 시험결과 데이터를 저장 및 모니터링 하는 단계;를 포함하되, 상기 실린더 동작단계는 상기 실린더의 반복적인 하중에 의해 상기 시험편의 용접부분이 탈락되거나 시험편의 파단이 발생하면 콘트롤러에 의해 실린더의 동작을 중지시키며, 상기 데이터저장 및 모니터링 단계는 상기 실린더의 동작이 중지되면 중지시의 시험결과 데이터를 저장 및 모니터링 하는 피로 시험기를 이용한 용접구조물의 피로 특성 평가방법을 제공한다.
이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 하기와 같다. 그러나 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.The present invention as a technical aspect for achieving the above object, the step of fixing a test piece of a welded structure with a strain gauge attached to the fixed body; and arranged so that the center of the cylinder and the test piece to be prepared by a fatigue test Step; And, the cylinder is operated by the control of the controller according to the test conditions input to the computer to apply a repetitive load in the vertical or horizontal direction to the test piece, the moving distance of the cylinder by a distance sensor installed at one end of the cylinder A cylinder operation step of controlling the pressure; and measuring a change amount of the force applied to the test piece by the cylinder by a sensor, and measuring the change of the test piece due to the load of the cylinder through a strain gauge attached to the test piece. And storing and monitoring the cylinder; and operating the cylinder. When the welded part of the test piece is dropped or the fracture of the test piece occurs due to the repetitive load of the cylinder, the operation of the cylinder is stopped by the controller. The data storage and monitoring step includes the test result data when the operation of the cylinder is stopped Provides a method for evaluating the fatigue properties of welded structures using a fatigue tester that stores and monitors them.
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, if it is determined that the gist of the present invention may be unnecessarily obscured, the detailed description thereof will be omitted.

본 발명을 설명함에 있어 동일한 작용을 하는 구성 요소에 대하여 동일한 부호를 기재하였다.In describing the present invention, the same reference numerals are used for components having the same function.

도 1은 본 발명에 따른 수평 방향의 피로물성평가를 위한 장치이고, 도 2는 본 발명에 따른 도 1의 시험편 고정에 대한 이해도이며, 도 3은 본 발명에 따른 수직 방향의 피로물성평가를 위한 장치이다.1 is a device for evaluating fatigue properties in the horizontal direction according to the present invention, Figure 2 is an understanding of the test piece fixing of Figure 1 according to the present invention, Figure 3 is for fatigue properties evaluation in the vertical direction according to the present invention Device.

본 발명에 따른 피로시험장비는 시험편을 고정하는 고정부는 피로시험장비의 베이스(2)에 가공된 고정용 홀에 고정판(9)을 안착하고 고정판(9)의 중앙에 고정체(8)를 조립한다. 이 고정체(8)를 기준으로 일측에는 상하지지대(11)를 조립 고정하고, 다른 일측에는 지지대(4)를 조립 고정하고 지지대(4)에는 상하 작동이 가능한 이동판(5)을 조립하여 높이 조절이 가능하도록 한다. 상기 이동판(5)에 실린더(3)를 조립하여 상하 이동이 가능하도록 하며, 실린더(3)의 전면에 센서(6)를 조립하고, 센서(6)의 전면에는 시험편(1)을 고정하는 홈이 있는 연결판(7)을 조립하는 구조로 이루어진다.In the fatigue test equipment according to the present invention, the fixing part for fixing the test piece seats the fixing plate 9 in the fixing hole processed in the base 2 of the fatigue testing equipment, and assembles the fixing body 8 in the center of the fixing plate 9. do. The upper and lower limbs 11 are assembled and fixed on one side based on the fixing body 8, and the support 4 is assembled and fixed on the other side, and the movable plate 5, which is capable of vertically actuating on the support 4, is assembled. Make adjustments possible. Assembling the cylinder (3) to the movable plate (5) to move up and down, to assemble the sensor (6) on the front of the cylinder (3), to fix the test piece (1) on the front of the sensor (6) It consists of a structure for assembling the grooved connecting plate (7).

시험을 콘트롤하는 제어부는 피로시험을 위한 모든 동작을 제어하는 콘트롤러(26)와 콘트롤러(26)의 제어에 의해 얻어지는 데이터를 볼 수 있도록 하는 컴퓨터(27)와 응력을 측정하는 센서인 스트레인게이지(21)와 게이지에서 얻은 데이터를 계측하는 측정기(22)와 실린더(3)의 작동 거리를 제어하는 거리센서(25)와 실린더(3)의 작동을 위한 유량을 제어하는 서보벨브로 구성된다.The controller that controls the test includes a controller 26 that controls all motions for the fatigue test and a strain gauge 21 that is a sensor for measuring stress and a computer 27 that allows viewing of data obtained by the control of the controller 26. ) And a measuring instrument 22 for measuring data obtained from the gauge, a distance sensor 25 for controlling the working distance of the cylinder 3, and a servovalve for controlling the flow rate for the operation of the cylinder 3.

도 4는 본 발명에 따른 응력측정센서 및 측정기를 도시한 도면이고, 도 5는 본 발명에 따른 고정장치를 사용하여 시험편에서 얻은 데이터이며, 도 6은 본 발명에 따른 실물 피로파괴시험 작동 이해도이다.Figure 4 is a view showing a stress measuring sensor and a measuring device according to the invention, Figure 5 is the data obtained from the test piece using the fixing device according to the invention, Figure 6 is a real fatigue failure test operation understanding in accordance with the present invention. .

도 4에 도시된 바와 같이 먼저 시험편(1)에 하중에 의한 응력변화를 측정하기 위한 스트레인게이지(21)를 부착하고 부착된 스트레인게이지(21)는 측정기(22)에 연결하여 응력 변화를 알 수 있도록 하고, 도 1을 이용하여 시험편(1) 고정을 위한 작업을 위하여 스트레인게이지(21)가 부착되어 준비된 시험편(1)의 하부는 고정체(8)에 완전 고정하여 움직임이 없도록 하며, 시험편(1) 상부에 가공된 홀에 연결판(7)을 끼우고 핀(10)으로 고정하고 이동판(5)을 작동하여 실린더(3)와 시험편(1)의 중심을 맞추어 측면시험이 가능하도록 시험준비작업을 완료하고, 상하시험은 도 3에 도시한 바와 같이 측면시험과 동일한 방법으로 시험편(1)의 고정을 하나 실린더(3)의 상부는 상부고정대(12)에 메달아 준비작업을 완료되면,As shown in FIG. 4, a strain gauge 21 for measuring a stress change due to a load is first attached to the test piece 1, and the attached strain gauge 21 is connected to the measuring instrument 22 to know the stress change. The lower part of the test piece 1 prepared by attaching the strain gauge 21 to the work for fixing the test piece 1 using FIG. 1 is completely fixed to the fixing body 8 so that there is no movement. 1) Insert the connecting plate (7) into the hole machined in the upper part, fix it with the pin (10), and operate the moving plate (5) to test the center side of the cylinder (3) and the test piece (1) to enable side tests. When the preparation work is completed, the up and down test is fixed to the test piece 1 in the same manner as the side test as shown in FIG. ,

도 6의 작동 이해도에 도시한 바와 같이 고정체(8)에 고정된 시험편(1)의 피로파괴시험을 위하여 컴퓨터(27)에서 작업자가 원하는 시험조건을 입력하고 시작을 하면 입력된 작업조건에 의하여 콘트롤러(26)에서 동작을 받아 서보벨브(24)를 작 동하여 유압을 제어하면서 실린더(3)를 작동 하며, 작동된 실린더(3)의 움직이는 량은 거리는 거리센서(25)에 의하여 제어하고, 실린더(3)의 전.후진 동작에 의하여 시험편(1)에 가해지는 힘의 변화량은 센서(6)에 의하여 계측되어 콘트롤러(26)를 통하여 컴퓨터(27)에 의하여 보여주며 저장하도록 하고, 실린더(1)의 하중에 따른 시험편(1)의 변화는 시험편(1)에 부착된 스트레인게이지(21)에 의하여 계측되어 측정기(22)에서 알 수 있으면 저장하여 데이터를 볼 수 있도록 작동하며, 계속적인 실린더(3)의 반복적인 하중에 의하여 시험편(1)에 용접된 용접부가 탈락되거나 시험편(1)의 소재부에 크랙이 발생하여 반발력이 떨어지면 콘트롤러(26)에 의하여 실린더(1)의 동작을 멈추어 시험편(1)에 대한 프로파괴시험이 모두 종료 되고 이때까지 진행된 모든 시험결과는 컴퓨터(27)에 저장되어 볼 수 있으며,As shown in the operation understanding of FIG. 6, the operator inputs a desired test condition in the computer 27 and starts the fatigue test of the test piece 1 fixed to the fixed body 8. The cylinder 26 is operated while the servo valve 24 is operated by the controller 26 to control the hydraulic pressure. The moving amount of the operated cylinder 3 is controlled by the distance sensor 25. The amount of change in the force applied to the test piece 1 by the forward and backward movement of the cylinder 3 is measured by the sensor 6 and displayed and stored by the computer 27 through the controller 26. The change of the test piece 1 according to the load of 1) is measured by the strain gauge 21 attached to the test piece 1, and if it can be seen from the measuring device 22, it is operated so that the data can be stored and the data can be seen. By repetitive load of (3) When the weld welded to the test piece 1 is dropped or a crack occurs in the material portion of the test piece 1 and the repulsive force drops, the operation of the cylinder 1 is stopped by the controller 26 and the pro-destructive test on the test piece 1 is performed. This is all finished and all the test results up to this time can be stored in the computer 27,

도 5는 피로파괴시험에 의하여 얻어진 시험편(1)의 모양과 시험편(1)의 파괴된 모양에 의하여 얻어진 데이터(23)이며, 이 데이터(23)를 통하여 피로파괴에 대한 소재의 결함 및 특성파악과 구조물에 용접된 용접성등의 용접특성을 파악 할 수 있도록 작용하게 된다. Fig. 5 shows data 23 obtained by the shape of the test piece 1 obtained by the fatigue fracture test and the broken shape of the test piece 1, and through this data 23, the defects and characteristics of the material against fatigue failure are identified. And weld characteristics such as weldability welded to the structure.

분명히, 청구항들의 범위내에 있으면서 이러한 실시예들을 변형할 수 있는 많은 방식들이 있다. 다시 말하면, 이하 청구항들의 범위를 벗어남 없이 본 발명을 실시할 수 있는 많은 다른 방식들이 있을 수 있는 것이다.Obviously, there are many ways within the scope of the claims to modify these embodiments. In other words, there can be many other ways in which the invention may be practiced without departing from the scope of the following claims.

본 발명에 의하면, 용접을 한 구조물을 가공 없이 지그장치에 의해 고정하여 구조물에 대한 용접성과 소재의 특성파악이 가능하며, 스트레인게이지에 의하여 반복하중에 따른 응력변화와 반복하중에 의한 파괴점을 파악하는 등의 효과가 있다.According to the present invention, the welded structure can be fixed by a jig device without machining, and thus the weldability of the structure and the characteristics of the material can be grasped, and the strain gauge determines the stress change and the breakage point due to the repeated load by the strain gauge. It has an effect such as.

Claims (2)

스트레인게이지가 부착된 용접구조물의 시험편을 고정체에 고정하는 단계;Fixing the test piece of the welded structure to which the strain gauge is attached to the fixture; 실린더와 시험편의 중심이 맞추어지도록 배치하여 피로시험으로 준비하는 단계;Preparing a fatigue test by arranging the center of the cylinder and the specimen to be aligned; 컴퓨터에 입력된 시험조건에 따른 콘트롤러의 제어에 의해 실린더가 동작하여 상기 시험편에 수평방향으로 반복적인 하중을 가하거나, 상부고정대에 의해 실린더를 수직으로 설치하여 상기 시험편에 수직방향으로 반복적인 하중을 가하며, 상기 실린더의 일단에 설치된 거리센서에 의해서 상기 실린더의 이동거리가 제어되는 실린더 동작단계; 및,The cylinder is operated by the control of the controller according to the test conditions input to the computer, and the repetitive load is applied to the specimen in the horizontal direction, or the cylinder is installed vertically by the upper fixing rod to apply the repetitive load in the vertical direction to the specimen. A cylinder operation step of controlling a moving distance of the cylinder by a distance sensor installed at one end of the cylinder; And 상기 실린더에 의해 시험편에 가해지는 힘의 변화량을 센서에 의해 측정하고, 실린더의 하중에 의한 시험편의 변화를 시험편에 부착된 스트레인게이지를 통해 측정하여, 시험결과 데이터를 저장 및 모니터링 하는 단계;를 포함하되,Measuring the amount of force change applied to the test piece by the cylinder by a sensor, and measuring the change of the test piece by the load of the cylinder through a strain gauge attached to the test piece, storing and monitoring test result data; But 상기 실린더 동작단계는 상기 실린더의 반복적인 하중에 의해 상기 시험편의 용접부분이 탈락되거나 시험편의 파단이 발생하면 콘트롤러에 의해 실린더의 동작을 중지시키며, 상기 데이터저장 및 모니터링 단계는 상기 실린더의 동작이 중지되면 중지시의 시험결과 데이터를 저장 및 모니터링 하는 피로 시험기를 이용한 용접구조물의 피로 특성 평가방법.The cylinder operation step is to stop the operation of the cylinder by the controller when the welded portion of the test piece is dropped or the fracture of the test piece due to the repeated load of the cylinder, the data storage and monitoring step is to stop the operation of the cylinder Method for evaluating the fatigue properties of a welded structure using a fatigue tester that stores and monitors the test results data at the time of stopping. 삭제delete
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