KR101313181B1 - 시험편 다축 시험장치 - Google Patents

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Abstract

시험편 다축 시험장치가 제공된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 시험편 다축 시험장치는, 크기와 모양이 다른 시험편에 2개 이상의 방향에서 하중(재하)을 부여하여 재하시험하기 위한 다축 시험장치로서, 상기 시험편에 수직력을 제공하는 인장압축 유닛과; 상기 인장압축 유닛이 설치되는 몸체와; 상기 시험편에 상기 수직력과 다른 각도에서 하중을 제공하는 하중 부여 유닛을 포함할 수 있다.

Description

시험편 다축 시험장치{SPECIMEN MULTIAXIAL LOADING TEST DEVICE}
본 발명은 시험편 다축 시험장치에 관한 것이다.
일반적으로, 재료 시험기 또는 만능 시험기하고 하는 장치는 시험편에 하중(load)을 가하여 상기 시험편의 기계적 성질, 예를 들어 인장 항복 응력이나 압축 항복 응력 또는 피로 한도 등을 측정하는 장치를 말한다.
종래의 재료 시험기는, 예를 들어 유압 실린더에서 제공하는 유압력에 의해 상하로 승하강하는 크로스 헤드 블록이 베이스 블록 상에 설치되고, 이러한 크로스 헤드 블록에 결합되어 상기 베이스 블록의 수직방향(즉, 1축)으로 배치된 한 쌍의 그리퍼 지그가 승하강하며 그 사이에 개재된 시험편에 하중을 가하여 그 재료적 특성을 측정하게 된다.
그러나, 이러한 종래의 재료 시험기는 1축, 즉 수직방향(상하방향)으로만 하중을 부여할 수 있는 구조적 한계로 인해, 현실적으로 다양한 크기와 모양을 가진 수많은 시험편들을 각 조건에 맞게 정확하게 측정하는데 한계가 있다.
또한, 이러한 시험편들은 도 1에 몇 가지 예가 도시된 바와 같이 현실적으로 1축으로 작용하는 하중보다 2축 이상의 방향, 예를 들어 수평방향이나 45도 경사진 방향으로 하중이 작용하는 경우가 더 빈번한 실정이다.
따라서, 종래의 재료 시험기로 측정하기 곤란하였던 이러한 다양한 크기와 모양의 시험편들을 시험 조건에 따라 다양한 방향에서 하중을 부여하여 재하시험을 수행할 수 있는 새로운 대안이 필요하다.
한국공개특허공보 제2001-0084984호
본 발명의 실시예들은 종래의 재료 시험기로 측정하기 곤란하였던 이러한 다양한 크기와 모양의 시험편들을 시험 조건에 따라 다양한 방향에서 하중을 부여하여 재하시험을 수행할 수 있는 시험편 다축 시험장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 크기와 모양이 서로 다른 시험편에 2개 이상의 방향에서 하중(재하)을 부여하여 재하시험하기 위한 다축 시험장치로서, 상기 시험편에 수직력을 제공하는 인장압축 유닛과; 상기 인장압축 유닛이 설치되는 몸체와; 상기 시험편에 상기 수직력과 다른 각도에서 하중을 제공하는 하중 부여 유닛을 포함하는 시험편 다축 시험장치가 제공된다.
상기 인장압축 유닛은, 상기 몸체의 하부에 결합되는 하부 그리퍼 지그와; 상기 하부 그리퍼 지그에 대향되게 상기 몸체의 상부에 배치되는 상부 그리퍼 지그와; 상기 몸체에 결합되어 상기 상부 그리퍼 지그를 상기 몸체의 길이방향으로 승하강시키는 크로스 헤드 블록을 포함할 수 있다.
상기 몸체는, 상기 하부 그리퍼 지그의 하단부가 결합되는 베이스 몸체와; 상기 베이스 몸체에서 수직방향으로 연장 형성되며, 상기 크로스 헤드 블록의 승하강을 가이드하는 가이드 몸체를 포함할 수 있다.
상기 하중 부여 유닛은, 상기 몸체에 결합되어 상기 시험편을 파지하는 시험편 고정 지그와; 일단부가 상기 시험편에 연결되고 타단부가 상기 인장압축 유닛에 연결되는 연결부재와; 일단부가 상기 인장압축 유닛에 결합되고 타단부에는 상기 연결부재가 권취되는 롤러부를 포함할 수 있다.
상기 시험편 고정 지그는 상기 시험편을 고정하기 위한 고정부를 포함할 수 있다.
상기 고정부는 상하 높이 조절 가능하도록 복수의 고정 플레이트를 포함할 수 있다.
상기 연결부재는 길이방향으로 작용하는 응력에 따른 변형을 견딜 수 있는 와이어(wire), 체인(chain), 케이블(cable) 중 어느 하나를 포함할 수 있다.
상기 롤러부는 상기 하부 그리퍼 지그와 상기 상부 그리퍼 지그 중 어느 하나에 탈착 가능하게 결합될 수 있다.
상기 롤러부는 상기 하부 그리퍼 지그에 길이조절 가능하게 결합될 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 종래의 재료 시험기로 측정하기 곤란하였던 이러한 다양한 크기와 모양의 시험편들을 시험 조건에 따라 다양한 방향에서 하중을 부여하여 재하시험을 수행할 수 있다.
도 1은 다양한 크기와 모양을 가진 시험편의 예를 도시한 도면.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 시험편 다축 시험장치를 개략적으로 나타낸 사시도.
도 3 및 도 4는 도 2의 A-A'절단선을 기준으로 본 발명의 일 실시예에 따른 시험편 다축 시험장치를 이용하여 크기와 모양이 서로 다른 시험편을 재하시험하는 과정을 나타낸 측면도.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 시험편 다축 시험장치의 롤러부를 확대하여 나타낸 도면.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
이하, 본 발명에 따른 시험편 다축 시험장치의 실시예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명하기로 하며, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 시험편 다축 시험장치를 개략적으로 나타낸 사시도이며, 도 3 및 도 4는 도 2의 A-A'절단선을 기준으로 본 발명의 일 실시예에 따른 시험편 다축 시험장치를 이용하여 크기와 모양이 서로 다른 시험편을 재하시험하는 과정을 나타낸 측면도이다.
도 2 내지 도 4를 참조하면, 본 실시예에 따른 시험편 다축 시험장치(100)는 크기와 모양이 서로 다른 수많은 형상의 시험편을 2축 이상의 방향에서 하중을 부여하여 재하시험을 수행할 수 있는 장치이다.
도 1에 도시된 것과 같은 시험편들은 현실적으로 1축으로 작용하는 하중보다 2축 이상의 방향, 예를 들어 수평방향이나 45도 경사진 방향으로 하중이 작용하는 경우가 더 빈번한 실정이다.
본 실시예에 따른 시험편 다축 시험장치(100)는, 종래의 재료 시험기로 측정하기 곤란하였던 이러한 다양한 크기와 모양의 시험편들을 시험 조건에 따라 다양한 방향(즉, 2축 이상의 방향)에서 하중을 부여하여 재하시험을 수행할 수 있다.
참고로, 도 1에 도시된 시험편들은 몇 가지를 예를 들어 도시한 것으로서, 본 실시예에 따른 시험편 다축 시험장치(100)가 재하측정 가능한 시험편의 형태는 이에 한정되지 않는다.
이러한 시험편 다축 시험장치(100)는 크게 인장압축 유닛(110)과 몸체(120)와 하중 부여 유닛(130)을 포함한다.
인장압축 유닛(110)은 시험편에 수직력(즉, 수직방향 하중)을 제공하는 장치이다. 즉, 인장압축 유닛(110)은 시험편에 수직방향으로 스트레인(strain)과 스트레스(stress)를 가할 수 있다.
이러한 인장압축 유닛(110)은 도 2에 도시된 바와 같이, 몸체(120)의 하부에 결합되는 하부 그리퍼 지그(112)와, 하부 그리퍼 지그(112)에 대향되게 상부에 배치되는 상부 그리퍼 지그(114)와, 몸체(120)에 결합되어 상부 그리퍼 지그(114)를 몸체(120)의 길이방향으로 승하강시키는 크로스 헤드 블록(116)을 포함할 수 있다.
하부 그리퍼 지그(112)는 시험편 또는 후술할 롤러부(136)가 파지될 수 있도록 상부에 파지부(112a)를 형성한다. 이러한 파지부(112a)는 도 2에 도시된 바와 같이 상면이 평평한 원통형으로 이루어질 수 있다. 이외에도, 파지부(112a)는 예를 들어 시험편 또는 롤러부(136)를 파지할 수 있도록 집게형상(미도시)으로 이루어질 수도 있다.
하부 그리퍼 지그(112)는 파지부(112a)에서 하측으로 연장되는 원통형 실린더부(112b)를 형성하며, 이러한 하부 그리퍼 지그(112)의 하부는 몸체(120)의 베이스 몸체(122)에 고정될 수 있다. 또한, 하부 그리퍼 지그(112)의 상부, 즉 파지부(112a)에는 후술할 롤러부(136)가 체결될 수 있도록 체결부가 형성될 수 있다.
이러한 체결부는 도 2에 도시된 바와 같이 롤러부(136)의 일부가 삽입될 수 있는 체결홈(140)일 수 있다. 이외에도, 비록 도시되지는 않았으나, 체결부는 예를 들어 하부 그리퍼 지그(112)의 상부를 집게형상으로 구성함으로써 후술할 롤러부(136)가 고정될 수 있는 형태일 수도 있으며, 이외에도 롤러부(136)를 파지할 수 있는 형태라면 다양한 형태가 적용될 수 있다.
상부 그리퍼 지그(114)는 도 2에 도시된 바와 같이 하부 그리퍼 지그(112)에 대향되게 그 상부측에 설치되는 부재로서, 하부 그리퍼 지그(112)와 동일 유사한 형태로 이루어질 수 있다.
이러한 상부 그리퍼 지그(114)는 크로스 헤드 블록(116)에 의해 몸체(120)의 가이드몸체(124)를 따라 길이방향(즉, 상하방향)으로 가이드됨으로써 상하로 승하강될 수 있다.
이 경우, 상부 그리퍼 지그(114)의 실린더부(114b)는 크로스 헤드 블록(116)의 저면에 고정되며, 상부 그리퍼 지그(114)의 파지부(114a)에는 예를 들어 하부 그리퍼 지그(112)의 체결부와 유사한 형태로 체결부가 형성될 수 있다.
이와 같이, 상부 그리퍼 지그(114)에도 체결부를 형성함으로써 시험편이나 후술할 롤러부(136)가 파지될 수 있으며, 이를 통해 시험하고자 하는 시험편의 조건에 따라 롤러부(136)의 위치와 각도를 조절할 수 있다.
크로스 헤드 블록(116)은 몸체(120)의 가이드 몸체(124)에 일단부 또는 양단부가 결합되어 상기 상부 그리퍼 지그(114)를 가이드 몸체(124)의 길이방향으로 승하강시킬 수 있다. 이러한 크로스 헤드 블록(116)을 승하강시키기 위한 방법으로는 유압식 또는 기계식 등이 적용될 수 있으며, 본 실시예에서는 유압식에 대해 아래에서 보다 자세히 설명하도록 한다.
한편, 몸체(120)는 도 2에 도시된 바와 같이, 하부 그리퍼 지그(112)의 하단부가 결합되는 베이스 몸체(122)와, 상기 베이스 몸체(122)에서 수직방향으로 연장 형성되며 상기 크로스 헤드 블록(116)의 승하강을 가이드하는 가이드 몸체(124)를 포함할 수 있다.
베이스 몸체(122)는 상술한 인장압축 유닛(110)을 지지하는 베이스로서, 도 2에 도시된 바와 같이 박스형상으로 이루어질 수 있으며, 그 형태는 이에 한정되지 않는다.
가이드 몸체(124)는 크로스 헤드 블록(116)이 상하방향으로 승하강하도록 크로스 헤드 블록(116)을 안내하는 장치로서, 도 2에 도시된 바와 같이 베이스 몸체(122)에서 수직방향으로 연장되어 형성될 수 있다.
이러한 가이드 몸체(124)는 한 쌍의 칼럼부가 크로스 헤드 블록(116)의 양단부에 배치되도록 설치될 수 있으며, 이러한 한 쌍의 칼럼부에는 크로스 헤드 블록(116)의 단부에 상응하여 가이드홈이 형성될 수 있다. 이러한 가이드홈을 따라 크로스 헤드 블록(116)가 상하 이동하게 된다.
가이드 몸체(124)에는 예를 들어 유압실린더가 설치될 수 있으며, 이러한 유압실린더에서 제공되는 유압력을 이용하여 크로스 헤드 블록(116)을 승하강시킬 수 있다. 즉, 유압 펌프(미도시)에서 제공되는 유압력에 의해 크로스 헤드 블록(116)이 승하강할 수 있다.
이외에도, 크로스 헤드 블록(116)을 승하강시키는 방법으로는 모터의 동력을 이용한 기어 방식이 적용될 수도 있으나, 여기서는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다.
한편, 하중 부여 유닛(130)은 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이 시험편 고정 지그(132)와 연결부재(134)와 롤러부(136)를 포함할 수 있다.
시험편 고정 지그(132)는 몸체(130)로부터 연장되어 형성될 수 있다. 이러한 시험편 고정 지그(132)는 도 1에 도시된 것과 같이 종래의 재료 시험기로 시험이 어려웠던 상이한 형상의 시험편들을 다양한 각도에서 하중을 주어 시험할 수 있도록 이들을 파지하는 장치이다.
시험편 고정 지그(132)는 도 2에 도시된 바와 같이 전체적으로 박스 형상의 몸체부(132a)와 이러한 몸체부(132a)의 상측부에 시험편이 탑재될 수 있도록 형성된 수용홈(132b)을 포함할 수 있다.
또한, 시험편 고정 지그(132)는 크기와 모양이 다양한 시험편을 상기 수용홈(132b)에 고정되게 탑재할 수 있도록 고정부를 더 포함할 수 있다. 이러한 고정부는 예를 들어 상기 수용홈(132b)에 상하 높이 조절 가능하게 설치되는 복수의 고정 플레이트(132c)를 포함할 수 있다.
이러한 복수의 고정 플레이트(132c)는 복수개가 서로 적층되어 설치될 수 있으며, 수용홈(132b)에 적층되어 설치된 고정 플레이트(132c)는 예를 들어 미리 형성된 볼트 구멍(미도시)에 볼트를 체결하는 방식으로 상기 수용홈(132b)에 고정될 수 있다.
이외에도, 복수의 고정 플레이트(132c)는 공지된 다양한 방식으로 수용홈(132b)에 고정될 수 있다.
또한, 이렇게 상하 높이 조절 가능하게 설치된 고정 플레이트(132c)의 상부에 테스트하고자 하는 시험편을 고정할 수 있다. 이 경우, 시험편을 고정하는 방법으로는 예를 들어 상기 시험편에 구멍을 뚫고 볼트를 체결하여 고정 플레이트(132c)에 고정시키는 방식이 사용될 수도 있으며, 복수의 고정 플레이트(132c)의 최상단부에 위치한 고정 플레이트(132c)에 미리 형성된 체결부재(미도시)를 이용하여 시험편을 고정시킬 수도 있다. 이외에도, 공지된 다양한 체결 방식이 본 발명에 적용될 수 있다.
이렇게 시험편 고정 지그(132)에 고정되어 설치된 시험편에는 연결부재(134)의 일단부가 연결될 수 있다. 그리고, 연결부재(134)의 타단부는 인장압축 유닛(110)의 하부 그리퍼 지그(112)와 상부 그리퍼 지그(114) 중 어느 하나에 연결될 수 있다. 본 실시예에서는, 연결부재(134)의 타단부가 상부 그리퍼 지그(114)에 연결된 것을 예로 들어 도시하고 있다.
연결부재(134)는 시험편에 수직방향 하중(즉, 수직력)과 다른 각도(예를 들어, 수평방향 또는 45도 각도)의 하중을 제공할 수 있도록 인장압축 유닛(110)의 수직력을 다른 각도의 하중으로 전환하는 부재이다.
이를 위해, 연결부재(134)는 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이 롤러부(136)에 권취될 수 있다. 이 경우, 롤러부(136)는 도면에 도시된 같이 그 단부가 인장압축 유닛(110)의 하부 그리퍼 지그(112)와 상부 그리퍼 지그(114) 중 어느 하나에 탈착 가능하게 결합될 수 있다.
이와 같이, 연결부재(134)가 롤러부(136)에 권취됨으로써, 시험편 고정 지그(132)에 고정된 시험편에 수직방향 하중과 다른 각도의 하중을 전달할 수 있다. 참고로, 도 3은 연결부재(134)가 롤러부(136)를 통해 시험편에 수평방향 하중을 제공하는 시험과정을 도시한 것이며, 도 4는 연결부재(134) 롤러부(136)를 통해 시험편에 45도 각도의 하중을 제공하는 시험과정을 도시한 것이다.
이러한 연결부재(134)는 인장압축 유닛(110)에 의해 응력이 작용하더라도 변형이 일어나지 않는 재질로 이루어질 수 있다. 이러한 연결부재(134)는 예를 들어 와이어(wire), 체인(chain), 케이블(cable) 중 어느 하나일 수 있다.
도 5에 도시된 바와 같이, 롤러부(136)는 하부 그리퍼 지그(112)의 상부에 형성된 체결홈(140)에 삽입될 수 있도록 그 단부가 상기 체결홈(140)에 상응하는 형상을 가질 수 있다. 또한, 연결부재(134)를 통해 인장압축 유닛(110)으로부터 전달되는 인장력에 의해 롤러부(136)가 체결홈(140)에서 이탈되지 않도록 롤러부(136)는 체결홈(140)에 고정되게 설치된다.
이를 위해, 체결홈(140) 내측에는 다수의 관통홀(미도시)이 상하 길이방향을 따라 일정 간격으로 형성될 수 있으며, 롤러부(136)의 단부에도 이러한 관통홀에 상응하는 형상의 관통홀이 길이방향으로 복수개 형성될 수 있다.
즉, 롤러부(136)의 단부를 체결홈(140)에 삽입할 때 롤러부(136)의 관통홀과 체결홈(140)의 관통홀이 동축상에 위치하도록 조절한 다음 볼트와 같은 체결부재를 상기 두 관통홀에 체결함으로써, 롤러부(136)를 체결홈(140)에 고정시킬 수 있다.
또한, 롤러부(136)는 하부 그리퍼 지그(112)에 길이조절 가능하게 결합될 수 있다. 본 실시예의 경우, 롤러부(136)의 단부에 일정한 간격으로 복수개 형성된 관통홀에 체결부재를 체결하는 방식을 이용함으로써, 롤러부(136)를 하부 그리퍼 지그(112)의 체결홈(140)에 삽입시 그 길이조절이 가능하다.
이렇게 롤러부(136)를 상하방향으로 길이조절 가능하게 구성함으로써, 다양한 크기와 형상의 시험편을 다축 방향에서 하중을 가하여 변형을 측정하고자 할 때 롤러부(136)의 위치와 각도를 다양하게 변경할 수 있다.
이와 같은 본 실시예에 따르면, 종래의 재료 시험기로 측정하기 곤란하였던 이러한 다양한 크기와 모양의 시험편들을 시험 조건에 따라 다양한 방향에서 하중을 부여하여 재하시험을 수행할 수 있다
이상에서 본 발명의 실시예들에 대하여 설명하였으나, 본 발명의 사상은 본 명세서에 제시되는 실시 예에 제한되지 아니하며, 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 동일한 사상의 범위 내에서, 구성요소의 부가, 변경, 삭제, 추가 등에 의해서 다른 실시 예를 용이하게 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본 발명의 사상범위 내에 든다고 할 것이다.
100: 시험편 다축 시험장치 110: 인장압축 유닛
112: 하부 그리퍼 지그 114: 상부 그리퍼 지그
116: 크로스 헤드 블록 120: 몸체
122: 베이스 몸체 124: 가이드 몸체
130: 하중 부여 유닛 132: 시험편 고정 지그
132a: 몸체부 132b: 수용홈
132c: 고정 플레이트 134: 연결부재
136: 롤러부 140: 체결홈

Claims (9)

  1. 크기와 모양이 서로 다른 시험편에 하중(재하)을 부여하여 재하시험하기 위한 다축 시험장치로서,
    수직력을 제공하는 인장압축 유닛과;
    상기 인장압축 유닛이 설치되는 몸체와;
    상기 시험편에 상기 수직력과 다른 각도에서 하중을 제공하는 하중 부여 유닛을 포함하며,
    상기 하중 부여 유닛은,
    상기 몸체에 결합되어 상기 시험편을 파지하는 시험편 고정 지그와;
    일단부가 상기 시험편에 연결되고 타단부가 상기 인장압축 유닛에 연결되는 연결부재와;
    일단부가 상기 인장압축 유닛에 결합되고 타단부에는 상기 연결부재가 권취되는 롤러부를 포함하며,
    상기 인장압축 유닛은,
    상기 몸체의 하부에 결합되는 하부 그리퍼 지그와;
    상기 하부 그리퍼 지그에 대향되게 상기 몸체의 상부에 배치되는 상부 그리퍼 지그를 포함하며,
    상기 롤러부는 상기 하부 그리퍼 지그와 상기 상부 그리퍼 지그 중 어느 하나에 탈착 가능하게 결합되는 것을 특징으로 하는 시험편 다축 시험장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 인장압축 유닛은,
    상기 몸체에 결합되어 상기 상부 그리퍼 지그를 상기 몸체의 길이방향으로 승하강시키는 크로스 헤드 블록을 더 포함하는 시험편 다축 시험장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 몸체는,
    상기 하부 그리퍼 지그의 하단부가 결합되는 베이스 몸체와;
    상기 베이스 몸체에서 수직방향으로 연장 형성되며, 상기 크로스 헤드 블록의 승하강을 가이드하는 가이드 몸체를 포함하는 시험편 다축 시험장치.
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 시험편 고정 지그는 상기 시험편을 고정하기 위한 고정부를 포함하는 시험편 다축 시험장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 고정부는 상하 높이 조절 가능하도록 복수의 고정 플레이트를 포함하는 시험편 다축 시험장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 연결부재는 길이방향으로 작용하는 응력에 따른 변형을 견딜 수 있는 와이어(wire), 체인(chain), 케이블(cable) 중 어느 하나를 포함하는 시험편 다축 시험장치.
  8. 삭제
  9. 제1항에 있어서,
    상기 롤러부는 상기 하부 그리퍼 지그에 길이조절 가능하게 결합되는 것을 특징으로 하는 시험편 다축 시험장치.
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