KR101295814B1 - 고온 파괴역학 시험용 균열선단변위게이지 - Google Patents

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Abstract

본원 발명은 고온 환경하에서 파괴 역학시험용 시험편의 예비균열선단의 하중선에서의 변위를 측정하기 위하여 균열체(cracked body)로서의 시험편의 예비균열(pre-crack) 위치에서 하중선을 대칭으로 소정의 간격을 가지는 두 지점의 변위를 직접 측정할 수 있도록 하는 고온 파괴역학 시험용 균열선단변위게이지(Crack Opening Displacement gage)를 제공하는 것을 그 목적으로 하며,
상술한 목적을 달성하기 위한 본원 발명의 고온 파괴역학 시험용 균열선단변위게이지(Crack Opening Displacement gage)는, 가열로 내부에 위치되고 측정홈과 예비균열이 형성된 측정대상 시편에서 예비균열에서 발생하는 균열에 따른 하중선의 대칭변위를 외부로 전달하는 변위검출부와; 상기 변위검출부에서 전달되는 변위검출부를 측정하는 변위측정부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
고온 파괴역학, 균열선단변위게이지, 가열로(로), 예비균열, 시편

Description

고온 파괴역학 시험용 균열선단변위게이지{Fracture mechanical COD gage in elevated temperature}
도 1은 본원 발명의 일 실시 예에 따르는 COD 게이지의 측면도,
도 2는 도 1의 COD 게이지의 사용 상태도이다.
* 도면의 주요 부호에 대한 설명 *
100: 균열선단게이지(COD gage: Crack Openning Displacement gage)
10: 상단팁부
11: 상단팁 12: 변위로드
20: 하단팁부
21: 하단팁 21a: 변위로드관통공
22: 가이드
30: 가이드고정부
31: 가이드공 32: 가이드고정구
40: 변위로드고정부
41: 변위로드고정구 41a: 중앙관통공
42: 측부관통공
50: 변위측정부
51: 엘브이디티(LVDT) 52: 측정로드
53: 변위로드고정부유도바 54: 탄성체
55: 고정판
200: 로 300: 시편
310: 측정홈 311: 예비균열
312: 균열
본원 발명은 변위측정 게이지에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 고온환경 하에서 파괴역학 시험용 시험편의 예비 균열선단의 하중선에서의 변위를 측정하기 위한 고온 파괴역학 시험용 균열선단변위(COD: Crack Openning Displacement) 게이지(gage)에 관한 것이다.
기존 구조물의 설계 및 건전성 평가의 많은 부분이 선형 탄성 파괴역학(Linear Elastic Fracture Mechanics: LEFM)을 토대로 이루어져 왔으나 LEFM은 재료의 거동이 탄성적이고 파괴 형태가 취성인 경우에만 적용될 수 있는 해석기법 이기 때문에, 탄소성 변형을 수반하는 실제 구조물의 정확한 해석을 위해서는 탄소성 파괴역학 (Elastic Plastic Fracture Mechanics; EPFM)의 적용이 요구된다.
EPFM 해석기법의 개발에 사용되는 탄소성 파괴역학 파라미터로 δ5 파라미터에 의한 결함(flaw) 평가법은 사용자가 비교적 간단한 방법으로 균열의 위험성(severity)을 평가할 수 있는 데, 이 방법은 재료의 파괴 물성이 예비균열 위치에서 균열선을 대칭으로 하여 균열선으로부터 상하로 각각 2.5mm 씩 떨어진 두 지점의 초기 간격 5mm 의 상대적 변위로 균열의 위험성을 평가하는 데, 균열이 성장하는 도중에도 예비균열이 있던 위치에서 국부적으로 측정 가능하기 때문에 용접부의 용착금속부 또는 열영향부에서의 파괴 인성 또는 파괴저항곡선과 같은 균열성장해석에 매우 유용한 방법으로 사용될 수 있다. 따라서, 기하학적으로 복잡하여 표준시험절차에 의하여 측정이 곤란한 압력용기, 파이프 등의 용접부 등에 적용하면 편리하다.
그러나, δ5는 기존의 표준 시험절차와는 다른 방식으로 측정되기 때문에 종래의 상용 변위게이지를 이용하여 측정하는 것이 불가능하였다.
따라서 본원 발명은 상술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 고온 환경하에서 파괴 역학시험용 시험편의 예비균열선단의 하중선에서의 변위를 측정하기 위하여 균열체(cracked body)로서의 시험편의 예비균열(pre-crack) 위치에서 하중선을 대칭으로 소정의 간격을 가지는 두 지점의 변위를 직접 측정할 수 있도록 하는 고온 파괴역학 시험용 균열선단변위게이지(Crack Opening Displacement gage)를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본원 발명의 고온 파괴역학 시험용 균열선단변위게이지(Crack Opening Displacement gage)는, 가열로 내부에 위치되고 측정홈과 예비균열이 형성된 측정대상 시편에서 예비균열에서 발생하는 균열에 따른 하중선의 대칭변위를 외부로 전달하는 변위검출부와; 상기 변위검출부에서 전달되는 변위검출부를 측정하는 변위측정부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
상기 변위검출부는, 상기 예비균열의 측정홈의 상부 내측에 부착되는 상단팁과 상기 상단팁의 이동변위를 전달하는 변위로드를 구비한 상단팁부와; 상기 측정홈의 하단에 고정되는 하단팁과 상기 하단팁에 부착되는 가이드를 구비하며 상기 하단팁과 상기 가이드에는 상기 변위로드가 삽입되는 변위로드관통공이 형성된 하단팁부와; 상기 가이드가 삽입되는 가이드공이 형성되고 가이드공에 삽입된 가이드를 고정시키는 가이드고정구를 구비하여 로의 벽에 하단팁부를 고정하는 가이드고정부와; 상기 상단팁으로 상방향 탄성력을 제공하도록 변위로드를 고정한 상태에서 상단팁의 이동에 따라 이동되는 변위로드고정부;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
상기 변위측정부는, 상기 변위로드와 접촉되어 상기 변위로드의 이동에 따라 이동되는 측정로드와; 상기 측정로드의 변위 값을 측정하는 엘브이디티(LVDT)와; 탄성체가 외주연으로 삽입되어 상기 변위로드의 측부관통공으로 삽입된 후 상기 변위로드고정부로 상방향으로 이동되도록 탄성력을 제공함과 동시에 상기 변위로드고정부의 이동을 유도하는 변위로드고정부유도바와; 상기 엘브이디티 및 상기 변위로드고정부유도바가 부착된 상태에서 일정위치에 고정되는 고정판을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본원발명을 더욱 상세히 설명한다.
도 1은 본원 발명의 일 실시 예에 따르는 균열선변위게이지의 측면도이고, 도 2는 본원 발명의 균열선단게이지의 사용 상태도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본원발명에 따르는 균열선단변위게이지(100)(이하, "COD 게이지")는, 예비균열(311)의 측정홈(310)의 상부 내측에 부착되는 상단팁(11)과 상단팁의 이동변위를 전달하는 변위로드(12)를 구비한 상단팁부(10)와; 측정홈(310)의 하단에 고정되는 하단팁(21)과 하단팁(21)에 부착되는 가이드(22)를 구비하며 하단팁(21)과 가이드(22)에는 변위로드(12)가 삽입되는 변위로드관통공(21a)이 형성된 하단팁부(20)와; 가이드(22)가 삽입되는 가이드공(31)이 형성되고 가이드공(31)에 삽입된 가이드(22)를 고정시키는 가이드고정구(32)를 구비하여 로(200)의 벽에 하단팁부(20)를 고정하는 가이드고정부(30)와; 상단팁으로 상방향 탄성력을 제공하도록 변위로드를 고정한 상태에서 상단팁(11)의 이동에 따라 이동 되는 변위로드고정부(40)와; 상기 변위로드 고정부(40)의 이동변위를 검출하는 변위측정부(50)를 포함하여 구성된다.
상술한 구성에서 상기 변위로드고정부(40)는 중앙에는 변위로드(12)가 삽입되는 중앙관통공(41a)이 형성되고, 중앙관통공(41a)에 삽입된 변위로드(12)를 고정하는 변위로드고정구(41)를 구비하며, 양측으로 변위로드고정부유도바(53)가 삽입되는 측부관통공(42)이 형성된다.
그리고 상기 변위측정부(50)는 변위로드(12)와 접촉되어 변위로드(12)의 이동에 따라 이동되는 측정로드(52)와, 탄성체(54)가 외주연으로 삽입되어 변위로드의 측부관통공(42)으로 삽입된 후 변위로드고정부(40)로 상방향 이동되도록 탄성력을 제공함과 동시에 변위로드고정부(40)의 이동을 유도하는 변위로드고정부유도바(53)와, 상기 COD 게이지(100)를 고정하는 고정판(55)을 포함하여 구성된다.
상술한 구성 중 상기 상단팁부(10)와 하단팁부(20)와 가이드고정부(30) 및 변위로드고정부(40)가 본원발명의 변위검출부가 된다.
상술한 구성을 가지는 COD 게이지(100)는 상단팁부(10)의 변위로드(12)는 가이드(22)의 변위로드관통공(21a)과 변위로드고정부(40)의 중앙관통공(41a)에 순차적으로 삽입되어 일단부가 변위로드고정부(40)의 중앙관통공(41a)의 타측에서 노출되도록 변위로드고정구(41)에 의해 변위로드고정부(40)에 결합된다. 그리고 변위로드고정부유도바(53)는 탄성체(54)가 변위로드고정부(40)와 변위측정부(50)의 사이에 위치되도록 끼워진 상태에서 변위로드고정부(40)의 측부관통공(42)으로 삽입되어 변위로드로고정부(40)로 탄성력을 제공하도록 결합되며, 이때 변위로드(12)는 측정로드(52)와 접촉되어 상단팁(11)의 이동변위를 LVDT(51)로 전달하는 것에 의해 LVDT(51)가 이동변위를 측정할 수 있도록 한다.
도 2는 도 1의 COD 게이지의 사용 상태도로서, 고온 파괴역학 시험을 위한 본원발명의 일 실시 예에 따르는 COD 게이지(100)가 가열로(로(200))의 내부에 있는 시편의 측정부위에 부착되어 가열로 외부까지 변위를 전달하도록 장착된 상태를 나타낸다.
도 2에 도시된 바와 같이 본원발명의 COD게이지(100)는 로(200)의 내부에 위치되어 측정 대상 변위를 발생시키는 균열이 형성되는 시편(300)에 측정홈(310)과 예비균열(311)이 형성한 후, 측정홈(310)의 상부에 상단팁(11)이 부착되도록 하고, 가이드(22)를 가이드고정부(30)의 가이드공(31)에 삽입한 후 하단팁(21)이 측정홈(310)의 하단부에 고정되도록 조절한 후 가이드고정구(32)를 이용해 가이드고정부(30)에 부착하고, 가이드고정부(30)는 로의 외측벽에 고정부착시킨다.
상술한 바와 같이 설치된 COD 게이지(100)는 시편(300)에서 균열(312)이 생성되면 이에 따라 변위가 발생하게 되며, 시편(300)의 하부는 고정되어 있으므로 균열(312)의 진행에 따라 발생하는 변위는 상방향으로 발생하게 되고, 이에 따라 하부팁(21)은 고정상태를 유지하면서 상부팁(11)이 상방향으로 이동된다. 즉, 시 편(300)의 하단부는 고정된 상태이므로 상부 방향으로 모든 변위가 발생되어 탄성체(54)의 탄성력에 의해 가이드고정부(40)에 부착된 상단팁부(10)가 상부로 이동되어 변위를 검출하게 된다. 이때, 변위로드(22) 또한 함께 이동하여 측정로드(52)의 변위 변화가 발생되며, 이를 LVDT(51)가 측정하여 균열 생성에 따른 변위를 검출할 수 있게 된다.
즉, 본원발명의 COD게이지(100)는 로(200)의 내부에 위치되는 시편(300)에 형성되는 균열부의 하중선에서 발생하는 변위를 가열로 외부에서 손실 없이 안전하전달함으로서 측정자가 별도의 설비 없이고 가열로(로(200)) 내부에 위치되는 시편(300)에서 생성되는 균열에 따른 변위를 용이하게 안전하게 측정하여 데이터를 수집할 수 있도록 한다.
상술한 본원발명은 단순히 COD게이지를 시편에 부착하는 것에 의해 가열로 내부의 시편에서 발생하는 균열선단 변위를 측정할 수 있도록 함으로써 가열로 내부에 위치되는 시편의 균열측정을 용이하게 하는 효과를 제공한다.
또한, 상술한 본원발명은 가열로 내부에 위치되는 시편의 균열측정을 수행할 수 있도록 가열로를 설계해야하는 가열로의 설계의 복잡성을 해소하고, 추가적인 계측장비의 필요성을 줄이는 것에 의해 가열로의 제작을 용이하게 하고, 가열로 제작 비용 및 파괴역학 시험을 위한 비용을 절감시킬 수 있도록 하는 효과를 제공한다.

Claims (3)

  1. 가열로 내부에 위치되고 측정홈과 예비균열이 형성된 측정대상 시편에서 예비균열에서 발생하는 균열에 따른 하중선의 대칭변위를 외부로 전달하는 변위검출부와;
    상기 변위검출부에서 전달되는 변위검출부를 측정하는 변위측정부를 포함하여 구성되는 고온 파괴역학 시험용 균열선단변위게이지에 있어서,
    상기 변위검출부는,
    상기 예비균열의 측정홈의 상부 내측에 부착되는 상단팁과 상기 상단팁의 이동변위를 전달하는 변위로드를 구비한 상단팁부와;
    상기 측정홈의 하단에 고정되는 하단팁과 상기 하단팁에 부착되는 가이드를 구비하며 상기 하단팁과 상기 가이드에는 상기 변위로드가 삽입되는 변위로드관통공이 형성된 하단팁부와;
    상기 가이드가 삽입되는 가이드공이 형성되고 가이드공에 삽입된 가이드를 고정시키는 가이드고정구를 구비하여 로의 벽에 하단팁부를 고정하는 가이드고정부와;
    상기 상단팁으로 상방향 탄성력을 제공하도록 변위로드를 고정한 상태에서 상단팁의 이동에 따라 이동되는 변위로드고정부;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 고온 파괴역학 시험용 균열선단변위게이지.
  2. 가열로 내부에 위치되고 측정홈과 예비균열이 형성된 측정대상 시편에서 예비균열에서 발생하는 균열에 따른 하중선의 대칭변위를 외부로 전달하는 변위검출부와;
    상기 변위검출부에서 전달되는 변위검출부를 측정하는 변위측정부를 포함하여 구성되는 고온 파괴역학 시험용 균열선단변위게이지에 있어서,
    상기 변위측정부는,
    변위로드와 접촉되어 상기 변위로드의 이동에 따라 이동되는 측정로드와;
    상기 측정로드의 변위 값을 측정하는 엘브이디티(LVDT)와;
    탄성체가 외주연으로 삽입되어 상기 변위로드의 측부관통공으로 삽입된 후 상기 변위로드고정부로 상방향으로 이동되도록 탄성력을 제공함과 동시에 상기 변위로드고정부의 이동을 유도하는 변위로드고정부유도바와;
    상기 엘브이디티 및 상기 변위로드고정부유도바가 부착된 상태에서 일정위치에 고정되는 고정판을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 고온 파괴역학 시험용 균열선단변위게이지.
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