KR101449868B1 - 원형의 미소응력 인가를 통한 모형빙 탄성계수 측정방법 - Google Patents

원형의 미소응력 인가를 통한 모형빙 탄성계수 측정방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 원형의 미소응력 인가를 통한 모형빙 탄성계수 측정방법에 관한 것으로, 빙해수조에서 생성된 모형빙의 판을 무한한 판으로 가정하여 무한한 판에 원형의 미소응력을 인가하고 그 원형의 중심에서 미소변위를 측정하여 측정된 미소변위로부터 모형빙의 탄성계수를 최종 계산해내는 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. 상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 무게추가 로딩지그에 얹혀져 미소응력을 생성하는 단계; 상기 로딩지그가 모형빙의 상면에 접촉하여 모형빙에 미소응력을 인가하되, 선형가변차동변압기 측정부를 중심으로 그 주위에 원형의 고른 미소응력을 인가하는 단계; 상기 선형가변차동변압기 측정부가 모형빙의 상면에 접촉하여 모형빙의 미소변위를 측정하는 단계 및; 제어부가 상기 선형가변차동변압기의 미소변위 신호로부터 모형빙의 탄성계수를 계산해내는 단계;를 포함하는, 원형의 미소응력 인가를 통한 모형빙 탄성계수 측정방법을 제공한다.

Description

원형의 미소응력 인가를 통한 모형빙 탄성계수 측정방법{Measurement Method for Elastic Modulus of Model Ice}
본 발명은 원형의 미소응력 인가를 통한 모형빙 탄성계수 측정방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는, 빙해수조에서 생성된 모형빙의 판을 무한한 판으로 가정하여 무한한 판에 원형의 미소응력을 인가하고 그 원형의 중심에서 미소변위를 측정하여 측정된 미소변위로부터 모형빙의 탄성계수를 최종 계산해내는 방법에 관한 것이다.
탄성계수(Elastic Modulus, Young's Modulus)는 탄성물질이 응력을 받았을 때 일어나는 변형률의 정도를 나타낸 것으로 응력-변형률곡선의 기울기를 의미한다. 일반적인 기계가공물체의 탄성계수는 200GPa 이상으로 커 일정 변형률을 가지는 데 큰 응력이 필요하게 된다. 하지만 극지역 해빙의 탄성계수는 약 1∼2GPa 정도로 작아 일정 변형률을 가지는 데 작은 응력이 필요하게 된다.
이러한 특성으로 인해 기계가공물체의 탄성계수를 측정하는 UTM(Universal Test Machine) 등으로 모형빙의 탄성계수(약 100MPa)를 측정하는 것은 매우 어려우며, 또한 얼음의 연성(Ductility)과 취성(Brittleness) 특성으로 인해 정확하게 탄성계수를 구하기가 어렵다. 또한 빙해수조에서 사용하는 모형빙의 경우, 파괴(Failure)가 일어나지 않는 영역 내에서의 탄성계수를 구하여 해석을 수행하기 때문에 모형빙을 잘라내어 계측을 수행할 수가 없다.
평판 디스플레이 패널의 탄성계수 측정장치 및 그 측정방법(특허출원 제10-2004-0028372호)
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로, 빙해수조에서 생성된 모형빙의 판을 무한한 판으로 가정하여 무한한 판에 원형의 미소응력을 인가하고 그 원형의 중심에서 미소변위를 측정하여 측정된 미소변위로부터 모형빙의 탄성계수를 최종 계산해내는 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 무게추가 로딩지그에 얹혀져 미소응력을 생성하는 단계; 상기 로딩지그가 모형빙의 상면에 접촉하여 모형빙에 미소응력을 인가하되, 선형가변차동변압기 측정부를 중심으로 그 주위에 원형의 고른 미소응력을 인가하는 단계; 상기 선형가변차동변압기 측정부가 모형빙의 상면에 접촉하여 모형빙의 미소변위를 측정하는 단계 및; 제어부가 상기 선형가변차동변압기의 미소변위 신호로부터 모형빙의 탄성계수를 계산해내는 단계;를 포함하는, 원형의 미소응력 인가를 통한 모형빙 탄성계수 측정방법을 제공한다.
본 발명은, 고정지그가 상기 선형가변차동변압기를 빙해수조의 보조전차에 부착하는 단계;를 더욱 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 로딩지그는, 평판 형상이며 모형빙의 상면에 접촉하여 모형빙에 미소응력을 인가하는 하판; 평판 형상이며 상기 무게추가 얹혀지는 상판 및; 상기 하판과 상기 상판 사이에 설치되어 상기 하판과 상기 상판을 연결하는 연결봉;을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 하판은 원형의 도넛 형상인 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 하판은 상기 상판을 수직 하방으로 투영한 위치에 존재하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 로딩지그는 상기 선형가변차동변압기와 간섭을 일으키지 않도록 설치되는 것을 특징으로 한다.
본 발명은, 제1고무판이 상기 선형가변차동변압기 측정부의 모형빙 접촉지점에 설치되어 모형빙의 갑작스러운 변형이나 외란을 줄이는 단계;를 더욱 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은, 제2고무판이 상기 하판의 하면(바닥)에 설치되어 모형빙의 갑작스러운 변형이나 외란을 줄이는 단계;를 더욱 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 제어부는, 신호증폭기가 상기 선형가변차동변압기의 미소변위 신호를 증폭하는 단계 및; 컴퓨터가 상기 신호증폭기를 통과한 신호로부터 모형빙의 탄성계수를 계산해내는 단계;에 따라 작동하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 기존의 방법으로는 측정하기가 매우 어려운 모형빙의 탄성계수를 매우 정밀하게 측정할 수 있다. 또한, 본 발명을 토대로 실해역 해빙의 탄성계수를 빙해수조에서 정확히 상사하여 구현한다면 쇄빙(Ice Breaking) 현상을 정확히 모사할 수 있으며 결국 빙모형시험을 통해 정확한 빙저항(Ice Resistance)을 추정할 수 있게 된다. 마지막으로, 본 발명 통해 모형빙의 탄성계수 데이터를 빙모형시험 의뢰인(Client)에게 제공함으로써 빙모형시험의 신뢰도 및 대외 인지도를 높일 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 선형가변차동변압기가 빙해수조의 보조전차에 부착된 상태를 보여주는 도면.
도 2는 본 발명에 따른 로딩지그를 보여주는 도면.
도 3은 모형빙의 탄성계수를 측정하기 위하여 본 발명에 따른 장치가 빙해수조에 설치된 상태를 보여주는 도면.
도 4는 본 발명에 따른 모형빙의 미소변위 측정원리를 보여주는 도면.
도 5는 본 발명에 따른 제1고무판 및 제2고무판이 추가로 설치된 모습을 보여주는 도면.
도 6은 선형가변차동변압기의 일반적인 작동구조를 보여주는 도면.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 대하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성 요소들에 참조 부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
도 1은 본 발명에 따른 선형가변차동변압기가 빙해수조의 보조전차에 부착된 상태를 보여주는 도면이다. 그리고 도 2는 본 발명에 따른 로딩지그를 보여주는 도면이다. 그리고 도 3은 모형빙의 탄성계수를 측정하기 위하여 본 발명에 따른 장치가 빙해수조에 설치된 상태를 보여주는 도면이다. 그리고 도 4는 본 발명에 따른 모형빙의 미소변위 측정원리를 보여주는 도면이다. 그리고 도 5는 본 발명에 따른 제1고무판 및 제2고무판이 추가로 설치된 모습을 보여주는 도면이다. 그리고 도 6은 선형가변차동변압기의 일반적인 작동구조를 보여주는 도면이다.
본 발명은 원형의 미소응력 인가를 통한 모형빙 탄성계수 측정방법에 관한 것으로, 이러한 본 발명은, 무게추(30)가 로딩지그(20)에 얹혀져 미소응력을 생성하는 단계; 로딩지그(20)가 모형빙(70)의 상면에 접촉하여 모형빙(70)에 미소응력을 인가하되, 선형가변차동변압기(10) 측정부(11)를 중심으로 그 주위에 원형의 고른 미소응력을 인가하는 단계; 선형가변차동변압기(10) 측정부(11)가 모형빙(70)의 상면에 접촉하여 모형빙(70)의 미소변위를 측정하는 단계 및; 제어부(40)가 선형가변차동변압기(10)의 미소변위 신호로부터 모형빙(70)의 탄성계수를 계산해내는 단계;를 포함하여 이루어진다.
본 발명은, 상기와 같은 각 단계별 기술적 작용이 구현될 수 있도록 하기 위하여, 선형가변차동변압기(LVDT)(10), 로딩지그(Loading Zig)(20), 무게추(Weight)(30) 및 제어부(40)를 포함하는 장치를 도입하였는바, 이하에서는 본 발명에 따른 장치의 기능 및 작용을 위주로 본 발명에 대하여 상세하게 설명한다.
먼저, 선형가변차동변압기(10)의 기능 및 작용부터 설명한다. 선형가변차동변압기(10)는 아래의 측정부(11)가 모형빙(70)의 상면에 접촉하여 모형빙(70)의 미소변위를 측정한다(도 1, 도 3). 선형가변차동변압기(LVDT: Linear Variable Differential Transducer)(10)는 선형 거리 차이를 측정하는 전기적 변환기 형태를 말하는데, 3개의 솔레노이드 코일(13)이 튜브(14) 주변에 위치하고 있다(도 6). 여기서 가운데 것이 주된 것이고 나머지 두 개는 바깥에 위치하고 있다. 이 경우 실린더 형태의 자석 코어(15)가 튜브(14) 중심을 따라 이동하면서 측정 대상의 위치 값, 즉 모형빙(70)의 미소변위가 측정된다.
본 발명은 빙해수조에서 생성된 모형빙(70)의 판을 무한한 판으로 가정하여 무한한 판에 미소응력을 가하고 이에 따른 미소변위를 측정하여 측정된 미소변위로부터 모형빙(70)의 탄성계수를 최종 계산해내고자 하는 것(빙해수조에서 사용하는 모형빙(70)의 경우, 파괴가 일어나지 않는 영역 내에서의 탄성계수를 구하여 해석을 수행하기 때문에 모형빙(70)을 잘라내어 측정을 수행할 수 없음)이므로, 이 경우 선형가변차동변압기(10)는 빙해수조에서 생성된 모형빙(70)의 판 위에 직접 접촉하여 모형빙(70)의 미소변위를 측정하는 것이 바람직하다(도 3).
따라서 이를 위하여 고정지그(50)로 선형가변차동변압기(10)를 빙해수조의 보조전차(60) 끝단에 부착하고 보조전차(60)를 이용하여 선형가변차동변압기(10)를 빙해수조 안 모형빙(70)의 판 위에 접촉시킨다(도 3). 고정지그(50)는 선형가변차동변압기(10)를 끼울 수 있는 구조로 되어 있으며 볼트(51) 체결에 의하여 보조전차(60) 끝단에 연결된다(도 1).
한편, 모형빙(70)의 미소변위가 발생하기 위해서는 모형빙(70)의 미소변위를 유발할 만큼의 적당한 응력이 모형빙(70)에 가해질 필요가 있다. 그런데, 모형빙(70)은 일반적인 기계가공물체의 경우와는 달리 탄성계수가 약 100MPa 정도로 매우 작아 미소변위를 유발하는 데 드는 응력 또한 매우 작고 정밀해야 한다. 이에 본 발명은 선형가변차동변압기(10)가 모형빙(70)의 미소변위를 정확히 측정할 수 있도록 하는 한편, 모형빙(70)에 미소응력을 매우 정밀하게 그리고 정확한 위치에 가할 수 있도록 하기 위하여 로딩지그(20)와 무게추(30)를 도입하기에 이르렀다.
로딩지그(20)는 모형빙(70)의 상면에 접촉하여 모형빙(70)에 미소응력을 인가한다(도 3). 이 경우, 무게추(30)는 로딩지그(20)에 얹혀져 미소응력을 생성하는 작용을 한다. 즉, 무게추(30)가 로딩지그(20)에 얹혀지면 무게추(30)의 무게가 로딩지그(20)에 가해지고 로딩지그(20)는 모형빙(70)과의 접촉면을 통하여 무게추(30) 무게만큼의 미소응력을 모형빙(70)에 인가하게 되는 것이다. 따라서 로딩지그(20)에 얹혀지는 무게추(30)의 무게를 달리함으로써 모형빙(70)에 인가되는 미소응력을 변화시킬 수 있다. 이와 관련하여 로딩지그(20)의 구조에 대하여 보다 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
본 발명의 바람직한 실시 예에 따르면 로딩지그(20)는 하판(21), 상판(22), 그리고 연결봉(23)이 결합된 구조를 갖는다(도 2). 여기서, 하판(21)은 평판으로 이루어져 있으며 모형빙(70)의 상면에 접촉하여 모형빙(70)에 미소응력을 인가하는 작용을 한다(도 3). 그리고 상판(22)은 하판(21)과 마찬가지로 평판으로 이루어져 있는데 상판(22) 위에는 무게추(30)가 얹혀진다(도 3). 이 경우 상판(22)이 평판으로 되어 있는 이유는 상판(22) 위에 얹혀진 무게추(30)가 미끄러져 아래로 떨어지지 않게 하기 위함이다. 연결봉(23)은 하판(21)과 상판(22) 사이에 설치되어 이들을 연결한다. 이 경우 연결봉(23)은 로딩지그(20)의 구조적 안정성을 도모할 수 있도록 적절한 개수를 설치할 수 있다(도 2).
여기서, 하판(21)은 원형의 도넛 형상이어야 한다(도 2). 이 경우 하판(21)은 가운데의 원형 홈(21a)과 그 주위를 에워싸는 원형 둘레판(21b)으로 이루어진다. 이는 로딩지그(20)가 선형가변차동변압기(10) 측정부(11)를 중심으로 그 주위에 원형의 고른 미소응력을 인가할 수 있도록 하기 위함이다. 도 3에서 보는 것과 같이 하판(21)의 원형 홈(21a) 가운데에는 선형가변차동변압기(10) 측정부(11)가 놓이게 되며 이 상태에서 하판(21)의 원형 둘레판(21b)을 따라 모형빙(70)에 미소응력이 인가된다. 모형빙(70)에 원형의 고른 미소응력이 인가되면 모형빙(70)에는 특정 방향으로 치우치지 않고 모든 방향으로 동일한 대칭형의 미소변위가 발생하게 되는데, 이 경우 그 원형의 중심에 선형가변차동변압기(10) 측정부(11)가 위치한다면 모형빙(70)의 정확한 미소변위를 측정할 수 있게 된다(도 4의 (a)). 하지만 선형가변차동변압기(10) 측정부(11)가 원형의 중심에 위치하지 못하고 어느 한 쪽으로 쏠려 있으면 모형빙(70)의 정확한 미소변위를 측정할 수 없게 된다(도 4의 (b)). 즉, 도 4의 (b)에서 선형가변차동변압기(10) 측정부(11)가 원형의 중심에 위치하지 못하는 경우에는 실제 발생한 변위(δr)와 측정된 변위(δc)가 달라 최종적으로는 모형빙(70)의 정확한 탄성계수를 측정하는 것이 불가능하게 된다.
한편, 로딩지그(20)에 있어서 하판(21)의 위치는 상판(22)을 수직 하방으로 투영한 위치에 있어야 한다(도 2의 (a), 도 3). 하판(21)의 위치가 상판(22)을 수직 하방으로 투영한 위치에 있다는 것은 상판(22)이 도 2의 (b)에서 보는 것처럼 하판(21) 위 비스듬히 어긋난 위치에 있는 것이 아니라 도 2의 (a)에서 보는 것처럼 하판(21) 위 연직 상방의 위치에 있는 것을 의미한다. 이처럼 상판(22)이 하판(21) 위 연직 상방의 위치에 있어야 하는 이유는 상판(22) 위에 얹혀진 무게추(30)의 무게가 하판(21)에 동일한 크기로 골고루 분산될 수 있도록 하기 위함이다. 만약 상판(22)이 도 2의 (b)에서 보는 것처럼 하판(21) 위 비스듬히 어긋난 위치에 있는 경우에는 상판(22) 위에 얹혀진 무게추(30)의 무게가 하판(21)에 동일한 크기로 골고루 분산되지 못하고 특정 영역으로 치우치게 된다. 그러면 하판(21)을 통하여 모형빙(70)에 인가되는 미소응력 또한 고르게 분산되지 못하고 특정 영역으로 치우치게 되어 모형빙(70)의 미소변위 또한 비대칭적으로 형성되어 정확한 측정이 힘들게 된다.
도 3은 모형빙의 탄성계수를 측정하기 위하여 본 발명에 따른 장치가 빙해수조에 설치된 상태를 보여주는데, 여기서 로딩지그(20)는 선형가변차동변압기(10)와 물리적으로 간섭을 일으키지 않도록 설치되는 것이 바람직하다. 여기서, 물리적으로 간섭을 일으키지 않는다 함은 한 마디로 로딩지그(20)와 선형가변차동변압기(10)가 서로 접촉하지 않음을 의미한다. 만약 로딩지그(20)가 선형가변차동변압기(10)와 간섭을 일으키는 경우에는 로딩지그(20)의 미소응력이 선형가변차동변압기(10)에 분산되는 바람에 정작 모형빙(70)에는 필요한 만큼의 미소응력이 제대로 인가되지 못하는 문제가 발생할 수 있다. 그리고 물론 이 경우에는 모형빙(70)의 정확한 탄성계수를 측정하는 것이 불가능하게 된다. 또한 로딩지그(20)가 선형가변차동변압기(10)와 간섭을 일으키는 경우에는 선형가변차동변압기(10)가 외란을 받게 되어 미소변위 측정을 위한 정확한 작동이 힘들게 된다.
한편, 선형가변차동변압기(10) 측정부(11)나 로딩지그(20)가 모형빙(70)과 접촉할 때 모형빙(70)의 갑작스러운 변형이나 외란이 발생하게 되면 정확한 미소변위나 탄성계수를 측정하는 것이 힘들게 된다. 따라서 본 발명의 바람직한 실시 예에서는 선형가변차동변압기(10) 측정부(11)의 모형빙(70) 접촉지점에 제1고무판(12)을 설치하고, 또한 로딩지그(20)의 모형빙(70) 접촉지점, 즉 하판(21)의 하면(바닥)에 제2고무판(24)을 설치하여 모형빙(70)의 갑작스러운 변형이나 외란을 줄일 수 있도록 하였다(도 5).
상술한 것과 같이 선형가변차동변압기(10)가 모형빙(70)의 미소변위를 측정하면, 제어부(40)는 선형가변차동변압기(10)의 미소변위 신호로부터 모형빙(70)의 탄성계수를 계산해낸다. 이러한 제어부(40)는 먼저 신호증폭기(41)가 선형가변차동변압기(10)의 미소변위 신호를 증폭하면 컴퓨터(42)가 신호증폭기(41)를 통과한 신호로부터 모형빙(70)의 탄성계수를 계산해내는 단계에 따라 작동한다(도 1, 도 3). 참고로, 본 발명에서 제어부(40)가 모형빙(70)의 탄성계수를 계산해내는 이론적 원리를 설명하면 다음과 같다.
반지름이 r(이는 곧 로딩지그(20) 하판(21)의 반지름이 r임을 의미한다)인 원형의 미소응력 ΔP가 인가되고, 그 미소응력 ΔP에 의해 모형빙(70)에 미소변위 Δδ가 발생했을 경우, 특성길이(l c )를 미소응력 ΔP가 가해진 지점에서 모형빙(70)의 최대 굽힘모멘트가 발생한 지점까지의 거리라고 하면(도 4 참조), 무한한 평면의 탄성 처짐 이론에 따라 특성길이(l c )는 다음 식과 같이 정의할 수 있다.
Figure 112013502831311-pat00001
여기서, k는 빙해수조 수조수의 비중이고,
Figure 112013502831311-pat00009
과 같이 표현할 수 있으며, 다시
Figure 112013502831311-pat00010
, lnγ = 0.5772로서 Euler 상수이다.
α가 ＜0.2일 경우, 즉 로딩지그(20) 하판(21)의 반지름(r)을 작게 할 경우, Z≒1로 근사화할 수 있다. 따라서
Figure 112013502831311-pat00011
로 정리할 수 있으며, 여기서 h는 얼음(모형빙(70))의 두께이며, ν는 얼음의 포아송비로서 약 0.3을 사용하여 다음과 같은 탄성계수(E)를 계산할 수 있다.
Figure 112013502831311-pat00002
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따르면, 기존의 방법으로는 측정하기가 매우 어려운 모형빙(70)의 탄성계수를 매우 정밀하게 측정할 수 있다. 또한, 본 발명을 토대로 실해역 해빙의 탄성계수를 빙해수조에서 정확히 상사하여 구현한다면 쇄빙(Ice Breaking) 현상을 정확히 모사할 수 있으며 결국 빙모형시험을 통해 정확한 빙저항(Ice Resistance)을 추정할 수 있게 된다. 마지막으로, 본 발명 통해 모형빙(70)의 탄성계수 데이터를 빙모형시험 의뢰인(Client)에게 제공함으로써 빙모형시험의 신뢰도 및 대외 인지도를 높일 수 있다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정, 변경 및 치환이 가능할 것이다. 따라서 본 발명에 개시된 실시 예 및 첨부된 도면들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시 예 및 첨부된 도면에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
10 : 선형가변차동변압기(LVDT) 11 : 측정부
12 : 제1고무판 13 : 솔레노이드 코일
14 : 튜브 15 : 코어
20 : 로딩지그 21 : 하판
21a : 원형 홈 21b : 원형 둘레판
22 : 상판 23 : 연결봉
24 : 제2고무판 30 : 무게추
40 : 제어부 41 : 신호증폭기
42 : 컴퓨터 50 : 고정지그
51 : 볼트 60 : 보조전차
70 : 모형빙

Claims (9)

  1. 무게추(30)가 로딩지그(20)에 얹혀져 미소응력을 생성하는 단계;
    상기 로딩지그(20)가 모형빙(70)의 상면에 접촉하여 모형빙(70)에 미소응력을 인가하되, 선형가변차동변압기(10) 측정부(11)를 중심으로 그 주위에 원형의 고른 미소응력을 인가하는 단계;
    상기 선형가변차동변압기(10) 측정부(11)가 모형빙(70)의 상면에 접촉하여 모형빙(70)의 미소변위를 측정하는 단계;
    제어부(40)가 상기 선형가변차동변압기(10)의 미소변위 신호로부터 모형빙(70)의 탄성계수를 계산해내는 단계; 및
    제1고무판(12)이 상기 선형가변차동변압기(10) 측정부(11)의 모형빙(70) 접촉지점에 설치되어 모형빙(70)의 갑작스러운 변형이나 외란을 줄이는 단계;
    를 포함하는, 원형의 미소응력 인가를 통한 모형빙 탄성계수 측정방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    고정지그(50)가 상기 선형가변차동변압기(10)를 빙해수조의 보조전차(60)에 부착하는 단계;
    를 더욱 포함하는, 원형의 미소응력 인가를 통한 모형빙 탄성계수 측정방법.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 로딩지그(20)는,
    평판 형상이며 모형빙(70)의 상면에 접촉하여 모형빙(70)에 미소응력을 인가하는 하판(21);
    평판 형상이며 상기 무게추(30)가 얹혀지는 상판(22) 및;
    상기 하판(21)과 상기 상판(22) 사이에 설치되어 상기 하판(21)과 상기 상판(22)을 연결하는 연결봉(23);
    을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는, 원형의 미소응력 인가를 통한 모형빙 탄성계수 측정방법.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 하판(21)은 원형의 도넛 형상인 것을 특징으로 하는, 원형의 미소응력 인가를 통한 모형빙 탄성계수 측정방법.
  5. 청구항 3에 있어서,
    상기 하판(21)은 상기 상판(22)을 수직 하방으로 투영한 위치에 존재하는 것을 특징으로 하는, 원형의 미소응력 인가를 통한 모형빙 탄성계수 측정방법.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 로딩지그(20)는 상기 선형가변차동변압기(10)와 간섭을 일으키지 않도록 설치되는 것을 특징으로 하는, 원형의 미소응력 인가를 통한 모형빙 탄성계수 측정방법.
  7. 삭제
  8. 청구항 3에 있어서,
    제2고무판(24)이 상기 하판(21)의 하면(바닥)에 설치되어 모형빙(70)의 갑작스러운 변형이나 외란을 줄이는 단계;
    를 더욱 포함하는, 원형의 미소응력 인가를 통한 모형빙 탄성계수 측정방법.
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 제어부(40)는,
    신호증폭기(41)가 상기 선형가변차동변압기(10)의 미소변위 신호를 증폭하는 단계 및;
    컴퓨터(42)가 상기 신호증폭기(41)를 통과한 신호로부터 모형빙(70)의 탄성계수를 계산해내는 단계;
    에 따라 작동하는 것을 특징으로 하는, 원형의 미소응력 인가를 통한 모형빙 탄성계수 측정방법.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR101982016B1 (ko) * 2018-04-12 2019-05-24 한국해양과학기술원 해빙 압축강도 시험장치 및 시험방법
CN112945764A (zh) * 2019-11-26 2021-06-11 韩国海洋科学技术院 模型冰的弯曲强度测定装置

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20120043423A (ko) * 2010-10-26 2012-05-04 한국철도기술연구원 하중재하위치와 변위측정위치가 일치하게 되는 평판재하시험용 하중 재하판 및 이를 구비한 평판재하시험기

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20120043423A (ko) * 2010-10-26 2012-05-04 한국철도기술연구원 하중재하위치와 변위측정위치가 일치하게 되는 평판재하시험용 하중 재하판 및 이를 구비한 평판재하시험기

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101982016B1 (ko) * 2018-04-12 2019-05-24 한국해양과학기술원 해빙 압축강도 시험장치 및 시험방법
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