KR101327018B1 - 인장시험기를 구비하는 인장시험장치 및 인장시험방법 - Google Patents

인장시험기를 구비하는 인장시험장치 및 인장시험방법 Download PDF

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경북대학교 산학협력단
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Abstract

일 실시예에 따른 인장시험장치는, 인장강도를 측정하고자 하는 대상의 내부에 일부 내장되어 상기 대상에 인장력을 작용시킬 수 있는 작용부, 상기 작용부에 연결되어 상기 대상의 외부로 연통되며 상기 작용부에 작동유체를 공급하는 전달부 및 상기 작용부에 연결되고 상기 작동유체를 보유하는 공급부를 포함하고, 상기 작용부가 상기 대상의 내부에서 인장력을 가하여 상기 대상이 인장 파괴될 때 상기 대상의 인장강도를 측정할 수 있다.

Description

인장시험기를 구비하는 인장시험장치 및 인장시험방법{TENSION TEST APPARATUS HAVING TENSION TEST DEVICE AND METHOD FOR TENSION TEST}
본 발명은 인장시험기를 구비하는 인장시험장치 및 인장시험방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 인장강도를 측정하고자 하는 대상에 인장시험기가 내장되어 인장강도를 직접적으로 측정할 수 있는 인장시험장치 및 인장시험방법에 관한 것이다.
일반적으로 재료의 기계적 성질을 조사하기 위해 인장시험이 실시되고 있다.
여기서, 인장시험은 재료에 인장시편을 깎아내어 인장시험장치에 고정시켜서 시험을 할 수 있다. 이때, 시편에 서서히 인장하중을 가해서 재료의 항복점, 내력, 인장강도, 드로잉 등 기계적인 여러 성질을 측정할 수 있다. 인장시험을 통해 이 밖에도 비례한도, 탄성한도, 탄성계수, 일용량 등을 측정할 수 있으며, 가해진 하중과 신장과의 관계를 나타내는 곡선을 구할 수 있다.
인장하중에 의해 생기는 응력을 인장응력이라고 하는데, 인장응력과 신장의 관계를 나타내는 응력-변형률 곡선은 재료의 성질을 나타내는 중요한 것이다. 이 곡선에서 최대점의 응력을 인장강도라고 한다. 인장시험은 항상 동일한 조건하에서 실시할 수 있으므로 측정결과의 신뢰성이 높으며, 기계나 기계부품의 설계에 직접 필요한 자료가 될 수 있다.
이에 의해, 인장시험에 대하여 연구되고 있으며, 예를 들어, 2011년 2월 24일에 출원된, 선행문헌 제2011-0016583호에서는 판 형태의 시편을 견고하게 고정하여 인장시킴으로써, 인장시험의 신뢰성을 개선할 수 있는 인장시험장치에 대하여 개시된다.
일 실시예에 따른 목적은 인장강도를 측정하고자 하는 대상에 내장되어 상기 대상을 인장 파괴시킬 수 있는 인장시험장치를 제공하는 것이다.
일 실시예에 따른 목적은 인장강도를 측정하고자 하는 대상의 인장 파괴를 유도하여 상기 대상의 인장강도를 직접적인 방법으로 측정할 수 있는 인장시험장치를 제공하는 것이다.
일 실시예에 따른 목적은 비교적 간단한 방법으로 정확성이 향상된 인장강도를 측정할 수 있는 인장시험방법을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 일 실시예에 따른 인장시험장치는 인장강도를 측정하고자 하는 대상의 내부에 내장되어 상기 대상에 인장력을 작용시킬 수 있는 작용부, 상기 작용부에 연결되어 상기 대상의 외부로 연통되며 상기 작용부에 작동유체를 공급하는 전달부 및 상기 작용부에 연결되고 상기 작동유체를 보유하는 공급부를 포함하고, 상기 작용부가 상기 대상의 내부에서 인장력을 가하여 상기 대상이 인장 파괴될 때 상기 대상의 인장강도를 측정할 수 있다.
일 측에 의하면, 상기 작용부는, 상기 작동유체가 공급되는 유로를 구비하는 실린더 몸체 및 상기 유로에 공급된 상기 작동유체의 압력에 의해 상기 실린더 몸체 내에서 이동하여 상기 실린더 몸체에 대해서 일부 노출될 수 있는 피스톤을 포함할 수 있다.
일 측에 의하면, 상기 피스톤은 복수 개로 마련되어, 상기 대상 내에서 서로 멀어지는 방향으로 인장력을 작용시킬 수 있다.
일 측에 의하면, 상기 작동유체는 액체 또는 기체로 마련될 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 일 실시예에 따른 콘크리트 인장시험기는 콘크리트 공시체 내에 내장되며, 외부에서 작동유체가 공급되는 유로 및 상기 유로와 연결되는 위치에 내부 공간이 구비되는 실린더 몸체, 상기 작동유체의 압력에 의해 상기 내부 공간을 따라 상기 콘크리트 공시체의 인장강도 측정 방향으로 이동할 수 있는 이동요소 및 상기 이동요소의 일단에 장착되어 상기 콘크리트 공시체에 직접적으로 인장력을 가하는 접촉요소를 포함할 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 일 실시예에 따른 인장시험방법은 작동유체가 공급되는 유로 및 내부 공간을 포함하는 실린더 몸체와 상기 내부 공간 내에서 이동 가능한 피스톤을 포함하는 인장시험기가 몰드 내에 배치되는 단계, 상기 인장시험기가 콘크리트 내부에 위치되도록, 상기 몰드 내에 콘크리트가 타설되는 단계, 상기 콘크리트가 양생되는 단계, 상기 인장시험기가 상기 콘크리트에 인장력을 가하는 단계 및 상기 콘크리트가 파괴될 때 인장강도가 측정되는 단계를 포함할 수 있다.
일 측에 의하면, 상기 콘크리트에 인장력을 가하는 단계는, 상기 작동유체가 상기 실린더 몸체 내부로 공급되는 단계 및 상기 작동유체의 압력에 의해 상기 인장시험기의 피스톤이 상기 콘크리트에 압력을 가하는 단계를 포함할 수 있다.
일 실시예에 따른 인장시험장치에 의하면, 인장강도를 측정하고자 하는 대상에 내장되어 상기 대상을 인장 파괴시킬 수 있다.
일 실시예에 따른 인장시험장치에 의하면, 인장강도를 측정하고자 하는 대상의 인장 파괴를 유도하여 상기 대상의 인장강도를 직접적인 방법으로 측정할 수 있다.
일 실시예에 따른 인장시험방법에 의하면, 비교적 간단한 방법으로 정확성이 향상된 인장강도를 측정할 수 있다.
도 1은 일 실시예에 따른 인장시험장치를 도시한다.
도 2(a) 및 (b)는 일 실시예에 따른 인장시험장치의 작동을 도시한다.
도 3은 일 실시예에 따른 인장시험방법을 도시한다.
이하에서, 본 발명에 따른 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 그러나, 본 발명이 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 각 도면에 제시된 동일한 참조 부호는 동일한 부재를 나타낸다.
도 1은 일 실시예에 따른 인장시험장치를 도시하고, 도 2(a) 및 (b)는 일 실시예에 따른 인장시험장치의 작동을 도시하고, 도 3은 일 실시예에 따른 콘크리트 인장시험방법을 도시한다.
또한, 이하에서는 설명의 용이를 위해, 일 실시예에 따른 인장시험장치가 콘크리트 공시체에 대하여 적용되는 것을 예로 들어 설명하기로 한다.
도 1 내지 2를 참조하여, 일 실시예에 따른 인장시험장치(10)는 인장시험기인 작용부(100), 전달부(200) 및 공급부(300)를 포함할 수 있다.
상기 작용부(100)는 인장강도를 측정하고자 하는 대상의 내부에 내장될 수 있다. 콘크리트 공시체에 내장되는 경우, 콘크리트 공시체에 인장력을 작용시킬 수 있다.
또한, 작용부(100)는 실린더 몸체(110) 및 피스톤(120)을 포함할 수 있다.
상기 실린더 몸체(110)에는 작동유체가 공급되는 유로(112)가 마련될 수 있다. 예를 들어 유로(112)는 실린더 몸체(110)의 중앙 부분을 관통하도록 형성될 수 있으며, 후술할 전달부(200)와 연통될 수 있다.
또한, 실린더 몸체(110)의 내부에는 유로(112)와 연결되는 위치에 내부 공간(114)이 구비될 수 있다.
상기 내부 공간(114) 에는 피스톤(120)이 마련될 수 있으며, 피스톤(120)은 내부 공간(114) 안에서 내부 공간(114)을 따라 이동될 수 있다.
이때, 피스톤(120)을 이동시키는 원동력은 유로(112)로 전달되는 작동유체의 압력이다.
구체적으로 작동유체의 압력이 콘크리트 공시체(S)를 파괴시킬 만큼의 압력에 도달했을 때, 피스톤(120)은 작동유체의 압력에 의해 실린더 몸체(110)의 중앙으로부터 멀리 향하여 이동될 수 있다. 이러한 경우에 피스톤(120)은 실린더 몸체(110)로부터 일부 노출될 수 있다.
즉, 피스톤(120)은 유압에 의해 내부 공간(114)을 따라 콘크리트 공시체(S)는 인장강도 측정 방향으로 이동할 수 있다. 구체적으로, 콘크리트 공시체(S)를 인장 파괴시키고자 하는 면에 대해 수직한 방향으로 이동시킬 수 있다
반면, 작동유체의 압력이 콘크리트 공시체(S)를 파괴시킬 만큼의 압력에 도달하지 못했을 때, 피스톤(120)은 실린더 몸체(110) 내에서 이동할 수 없을 것이다. 그러므로 작동유체의 압력이 콘크리트 공시체(S)를 파괴시킬 만큼의 압력에 도달할 수 있도록, 작용부(100) 내에 작동유체가 지속적으로 공급될 필요가 있다.
또한, 실린더 몸체(110) 내에 복수 개의 피스톤(120)이 마련되어, 콘크리트 공시체(S)에 대하여 서로 멀어지는 방향으로 인장력을 가할 수 있다.
그러나, 실린더 몸체(110) 내에 하나의 피스톤(120)이 마련되어, 하나의 피스톤(120)이 콘크리트 공시체(S)에 대하여 일 방향으로 인장력을 가할 수 있음은 당연하다.
게다가, 피스톤(120)의 양단부에는 실린더 몸체(110)로부터 노출된 별도의 접촉요소(122)가 마련되어, 피스톤(120)이 이동하면서 콘크리트 공시체(S)에 직접적으로 인장력을 가할 수 있다.
상기 작용부(100)에는 전달부(200)가 연결될 수 있다.
상기 전달부(200)는 콘크리트의 외부와 연통될 수 있는 길이로 마련되며, 전달부(200)를 통해 실린더 몸체(110)의 유로(112)로 작동유체를 공급할 수 있다.
이때, 작동유체는 액체 또는 기체로 마련될 수 있으며, 작동유체의 유압 또는 공압에 의해 작용부(100)의 피스톤(120)이 이동할 수 있다. 즉, 유체를 작동물질로 하여 유체가 가지고 있는 에너지를 기계적 에너지로 변환하여 일 실시예에 따른 인장시험장치(10)를 작동시킬 수 있다.
또한, 전달부(200)는 도 1에 도시된 바와 같이 콘크리트 공시체(S) 상에 복수 개로 구비될 수 있다.
예를 들어, 콘크리트 공시체(S)의 상하면에 각각 전달부(200)가 마련되어, 두 개의 전달부(200)를 통해 동시적으로 또는 개별적으로 작동유체가 작용부(100)로 전달될 수 있다.
또한, 전달부(200)에는 공급부(300)가 연결될 수 있다.
상기 공급부(300)는 콘크리트 공시체(S)의 외부에 마련되며, 공급부(300) 내에는 작동유체가 보유될 수 있다.
도 1과 같이 콘크리트 공시체(S)의 상하면으로 연통되는 전달부(200)가 마련된 경우, 상하면의 전달부(200)는 각각 별개의 공급부(300)에 연결되거나, 동일한 공급부(300)에 연결될 수 있다.
또한, 공급부(300)에는 계측장치(미도시) 및 밸브(미도시)가 마련되어, 공급부(300)로부터 전달부(200)에 공급되는 전달유체의 유량 또는 압력은 계측장치에 의해 확인되며, 이것들은 밸브에 의해 조절될 수 있다.
이와 같이 일 실시예에 따른 인장시험장치에 의해 콘크리트 공시체에 내부에서 압력을 증가시킴으로써 콘크리트 공시체를 인장 파괴시킬 수 있으며, 이때 인장강도를 측정하여 보다 직접적인 방법으로 콘크리트 공시체의 인장강도를 측정할 수 있다.
이러한 구성에 의해 일 실시예에 따른 인장시험장치는 다음과 같이 작동될 수 있다.
도 2를 참조하여, 도 2(a)는 콘크리트 공시체(S) 내에서 피스톤(120)이 이동하기 시작하는 모습을 도시하며, 도 2(b)는 콘크리트 공시체(S) 내에서 피스톤(120)이 콘크리트 공시체(S)를 인장 파괴시키는 모습을 도시한다.
도 2(a)에서, 공급부(300)에 보유되어 있는 작동유체가 전달부(200)를 통해, 그리고 작용부(100)의 실린더 몸체(110) 내에 형성된 유로(112)로 유입되면서, 이때 작동유체의 압력에 의해 피스톤(120)이 실린더 몸체(110)의 내부 공간(114)을 통해 콘크리트 공시체(S)의 길이방향을 따라 약간 이동되었다.
이때, 작동유체에 의한 압력은 콘크리트 공시체(S)가 변형되기 시작되는 시점의 하중과 관련될 수 있다. 예를 들어, 콘크리트 공시체(S)의 변형되기 시작하는 하중이 더 크다면, 작동유체에 의한 압력 또한 더 크게 요구될 수 있다.
작동유체에 의한 압력은 전달부(200)의 단면적 또는 작동유체의 흐름속도와 관련될 수 있다. 그러므로, 전달부(200)의 단면적은 일정하다고 가정했을 때, 작동유체의 유량을 조절하여 작동유체에 의한 압력을 조절할 수 있다.
도 2(a)의 상태에서 작동유체의 유량을 증가시키거나 작동유체에 의한 압력을 증가시키면, 도 2(b)와 같이 콘크리트 공시체(S)가 인장 파괴될 수 있다.
이는 작동유체에 의한 압력이 작용부(100)의 피스톤(120)을 이동시켜, 피스톤(120) 또는 피스톤(120)의 접촉요소(122)가 콘크리트 공시체(S)에 직접적으로 인장력을 가하기 때문이다.
콘크리트 공시체(S)가 파괴될 때의 하중은 작동유체에 의한 압력과 관계되므로, 작동유체에 의한 압력을 측정함으로써 인장강도 또한 산출될 수 있다.
구체적으로, 인장강도는 단면적에 대한 최대하중이므로, 작동유체의 압력을 통해 얻어진 최대하중에 콘크리트 공시체(S)가 파괴되는 부분의 단면적을 나눔으로써, 인장 실험된 콘크리트 공시체(S)의 인장강도가 산출될 수 있다.
이와 같이 일 실시예에 따른 인장시험장치가 비교적 간단한 구조로 이루어짐으로써, 인장시험장치를 다루기 용이하며, 콘크리트 공시체(S)의 인장강도를 쉽게 구할 수 있다.
도 3을 참조하여, 일 실시예에 따른 콘크리트 인장시험방법은 다음과 같이 이루어진다.
우선, 인장시험기를 몰드 내에 배치시킨다(S11).
상기 인장시험기는 구체적으로 작동유체가 공급되는 유로 및 내부 공간 내에서 이동 가능한 피스톤을 포함할 수 있다.
또한, 이때 몰드는 인장시험기를 수용할 수 있는 크기로 형성될 수 있으며, 이후 인장강도 계산의 용이를 위해, 원기둥 또는 직육면체 형상으로 이루어질 수 있다.
이어서, 몰드 내에 콘크리트를 타설한다(S12).
콘크리트 내의 물, 시멘트 또는 그 외의 자재의 혼합비는 자유롭게 선택될 수 있다. 그리고 콘크리트는 몰드 내에 인장시험기가 잠길 수 있는 양으로 마련될 수 있다.
그런 다음, 콘크리트를 양생시킨다(S13).
양생이란, 콘크리트 타설이 끝난 다음 온도, 하중, 충격, 오손, 파손 등의 유해한 영향을 받지 않도록 충분히 보호 관리하는 것을 말하며, 콘크리트에 충분한 습기와 적당한 온도를 제공한다. 콘크리트가 충분한 강도를 발휘할 수 있도록 콘크리트 타설이 이루어진 후에는 콘크리트를 양생시키는 것이 일반적이다.
이로써 인장시험기가 내장된 콘크리트가 제작될 수 있다.
이어서, 인장시험기가 콘크리트에 인장력을 가한다(S14).
이때, 우선 몰드의 외부에 있는 작동유체의 공급부에 연결된 전달부를 통해 인장시험기의 실린더 몸체의 유로로 작동유체가 공급될 수 있다.
그 후, 작동유체에 의한 압력이 피스톤을 실린더 몸체로부터 멀리 이동시키면서, 피스톤의 단부가 콘크리트에 직접적으로 압력을 가할 수 있다.
인장력은 콘크리트가 파괴될 때까지 지속적으로 가해질 수 있으며, 이와 마찬가지로 작동유체에 의한 유압 또한 피스톤에 지속적으로 작용될 수 있다.
마지막으로, 콘크리트가 파괴될 때 인장강도가 측정된다(S15).
인장강도는 콘크리트가 파괴되는 때의 최대 하중을 단면적으로 나눈 값을 말하며, 이때 최대 하중은 콘크리트가 파괴되는 때의 작동유체의 유압에 의해 계산될 수 있다.
구체적으로 인장시험기의 피스톤이 콘크리트에 가하는 인장력이 크다면 인장시험기에 유입되는 작동유체의 유압 또한 클 것이며, 이에 의해 콘크리트의 인장강도 또한 큰 값으로 산출될 것이다.
이와 반대로, 인장시험기의 피스톤이 콘크리트에 가하는 인장력이 작다면 인장시험기에 유입되는 작동유체의 유압 또한 작을 것이며, 이에 의해 콘크리트의 인장강도 또한 작은 값으로 산출될 것이다.
이와 같이 일 실시예에 따른 인장시험방법에 의해 간단하게 인장강도가 측정될 수 있으며, 콘크리트의 내부에서 압력을 증가시켜 콘크리트를 파괴시키는 직접적인 방법에 의해 인장강도를 측정하므로, 보다 정확성을 향상시킬 수 있다.
이상과 같이 본 발명의 실시예에서는 구체적인 구성 요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.
10: 인장시험장치
100: 작용부
110: 실린더 몸체
112: 유로
114: 내부 공간
120: 피스톤
122: 접촉요소
200: 전달부
300: 공급부
S: 콘크리트 공시체

Claims (7)

  1. 인장강도를 측정하고자 하는 대상의 내부에 내장되어 상기 대상에 인장력을 작용시킬 수 있는 작용부;
    상기 작용부에 연결되어 상기 대상의 외부로 연통되며 상기 작용부에 작동유체를 공급하는 전달부; 및
    상기 작용부에 연결되고 상기 작동유체를 보유하는 공급부;
    를 포함하고,
    상기 작용부가 상기 대상의 내부에서 인장력을 가하여 상기 대상이 인장 파괴될 때 상기 대상의 인장강도를 측정할 수 있고,
    상기 전달부는 복수 개로 마련되어, 상기 작동유체가 상기 복수 개의 전달부를 통해 동시에 또는 개별적으로 전달될 수 있으며,
    상기 작용부는,
    상기 작동유체가 공급되는 유로를 구비하는 실린더 몸체; 및
    상기 유로에 공급된 상기 작동유체의 압력에 의해 상기 실린더 몸체 내에서 이동하여 상기 실린더 몸체에 대해서 일부 노출될 수 있는 피스톤;
    을 포함하고,
    상기 대상의 제작 시, 상기 실린더 몸체 및 상기 피스톤은 상기 대상 내부에 내장되게 몰드 내에 배치되는 인장시험장치.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 피스톤은 복수 개로 마련되어, 상기 대상 내에서 서로 멀어지는 방향으로 인장력을 작용시킬 수 있는 인장시험장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 작동유체는 액체 또는 기체로 마련될 수 있는 인장시험장치.
  5. 콘크리트 공시체 내에 내장되며, 외부에서 작동유체가 공급되는 유로 및 상기 유로와 연결되는 위치에 내부 공간이 구비되는 실린더 몸체;
    상기 작동유체의 압력에 의해 상기 내부 공간을 따라 상기 콘크리트 공시체의 인장강도 측정 방향으로 이동할 수 있는 이동요소; 및
    상기 이동요소의 일단에 장착되어 상기 콘크리트 공시체에 직접적으로 인장력을 가하는 접촉요소;
    을 포함하고,
    상기 유로에는 외부와 연통된 부분이 복수 개로 마련되어, 상기 작동유체가 상기 복수 개의 연통된 부분을 통해 동시에 또는 개별적으로 전달될 수 있으며,
    상기 콘크리트 공시체의 제작 시, 상기 실린더 몸체, 이동요소 및 접촉요소는 상기 콘크리트 공시체 내부에 내장되게 몰드 내에 배치되는 인장시험기.
  6. 작동유체가 공급되도록 외부와 연통된 부분이 복수 개로 마련된 유로 및 내부 공간을 포함하는 실린더 몸체와 상기 내부 공간 내에서 이동 가능한 피스톤을 포함하는 인장시험기가 몰드 내에 배치되는 단계;
    상기 인장시험기가 콘크리트 내부에 위치되도록, 상기 몰드 내에 콘크리트가 타설되는 단계;
    상기 콘크리트가 양생되는 단계;
    상기 인장시험기가 상기 콘크리트에 인장력을 가하는 단계; 및
    상기 콘크리트가 파괴될 때 인장강도가 측정되는 단계;
    를 포함하고,
    상기 콘크리트에 인장력을 가하는 단계는,
    상기 작동유체가 상기 실린더 몸체 내부로 공급되는 단계; 및
    상기 작동유체의 압력에 의해 상기 인장시험기의 피스톤이 상기 콘크리트에 압력을 가하는 단계를 포함하고,
    상기 작동유체가 상기 실린더 몸체 내부로 공급되는 단계에서, 상기 작동유체는 상기 복수 개의 연통된 부분을 통해 동시에 또는 개별적으로 전달될 수 있는 인장시험방법.

  7. 삭제
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