KR101731070B1 - 낙추식 계장화 샤르피 충격 시험 장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 낙추식 계장화 샤르피 충격 시험 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 충분한 길이를 가진 충격봉을 하방 수직으로 자유 낙하시키면서 재료에 충격하중을 가하여 충격하중에 의해 발생하는 굽힘변형에 따른 재료의 굽힘변형 및 파괴거동을 측정 및 평가하기 위한 낙추식 계장화 샤르피 충격 시험 장치에 관한 것이다.
본 발명에 따르면, 브이-노치 샤르피 시험편을 이용하는 샤르피 충격 시험 장치에 있어서, 베이스판; 상기 베이스판의 상부에 설치되고 상부 양측에 지지단이 각각 상방으로 돌출되며 상기 지지단의 상부에 상기 브이-노치 샤르피 시험편의 양단을 지지하는 앤빌이 설치되는 시험편지지대; 상기 시험편지지대의 상부에서 견인수단에 의해 상방 수직으로 견인되는 전자석; 상기 전자석에 자착되어 상기 전자석의 자력 상실에 의해 하방 수직으로 자유낙하하면서 상기 브이-노치 샤르피 시험편에 3점 굽힘 부하 형태로 충격력을 가하여 상기 브이-노치 샤르피 시험편을 굽힘 변형 및 파괴하는 충격봉; 및 상기 충격봉의 하단 양측에 설치되어 상기 브이-노치 샤르피 시험편의 굽힘 변형 및 파괴에 따른 동적 하중신호를 검출하는 하중신호검출센서;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 낙추식 계장화 샤르피 충격 시험 장치를 기술적 요지로 한다.
본 발명에 따르면, 브이-노치 샤르피 시험편을 이용하는 샤르피 충격 시험 장치에 있어서, 베이스판; 상기 베이스판의 상부에 설치되고 상부 양측에 지지단이 각각 상방으로 돌출되며 상기 지지단의 상부에 상기 브이-노치 샤르피 시험편의 양단을 지지하는 앤빌이 설치되는 시험편지지대; 상기 시험편지지대의 상부에서 견인수단에 의해 상방 수직으로 견인되는 전자석; 상기 전자석에 자착되어 상기 전자석의 자력 상실에 의해 하방 수직으로 자유낙하하면서 상기 브이-노치 샤르피 시험편에 3점 굽힘 부하 형태로 충격력을 가하여 상기 브이-노치 샤르피 시험편을 굽힘 변형 및 파괴하는 충격봉; 및 상기 충격봉의 하단 양측에 설치되어 상기 브이-노치 샤르피 시험편의 굽힘 변형 및 파괴에 따른 동적 하중신호를 검출하는 하중신호검출센서;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 낙추식 계장화 샤르피 충격 시험 장치를 기술적 요지로 한다.
Description
본 발명은 낙추식 계장화 샤르피 충격 시험 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 충분한 길이를 가진 충격봉을 하방 수직으로 자유 낙하시키면서 재료에 충격하중을 가하여 충격하중에 의해 발생하는 굽힘변형에 따른 재료의 굽힘변형 및 파괴거동을 측정 및 평가하기 위한 낙추식 계장화 샤르피 충격 시험 장치에 관한 것이다.
일반적으로 샤르피 충격 시험(Charpy impact test)은 재료의 노치 취성(notch brittleness) 시험법의 하나로서 다양한 형상의 노치(notch)로 된 시험편을 변형될 여유를 주지 않고 순간적으로 파단하여 파괴 거동이 연성 파괴인가 또는 취성 파괴인가를 판정하는 것으로 이를 통해 연성에서 취성으로의 천이거동을 확인할 수 있다.
이러한 샤르피 충격 시험을 위해 진자식 샤르피 충격 시험 장치를 사용하는데, 이는 충격텁(striker Tup)을 진자식으로 낙하시켜 앤빌에 고정된 브이-노치 샤르피 시험편을 충격 파단시키는 구조로서, 충격텁을 들어올린 각과 파단 후 해머의 상승각 차를 이용하여 흡수에너지를 구할 수 있고 충격텁에 설치된 스트레인게이지를 통해 동적 하중과 브이-노치 샤르피 시험편 중앙부의 변위 선도를 구할 수 있다.
그러나 상기한 종래의 진자식 샤르피 충격 시험 장치는 충격텁의 길이가 충분하지 않아 브이-노치 샤르피 시험편에 가해지는 충격에 대한 응력파의 간섭으로 하중 변동과 노이즈로 인해 항복하중, 균열 개시 및 균열 진전 흡수에너지 등 특성치의 결정이 어려운 문제점이 있다.
특히, 브이-노치 샤르피 시험편의 길이가 상대적으로 짧은 미소 브이-노치 샤르피 시험편인 경우 상기 문제점이 더욱 현저하게 나타나고 있다.
그리고 종래의 진자식 샤르피 충격 시험 장치는 충격텁이 진자식으로 낙하함에 따라 충격텁의 회전반경보다 더 넓은 공간이 확보되어야 하므로 공간이 협소한 곳에서는 사용할 수 없는 문제점도 있다.
따라서 브이-노치 샤르피 시험편에 가해지는 충격에 대한 응력파 간섭을 배제시켜 재료의 충격 파괴거동 및 특성치를 명확하게 측정할 수 있는 계장화 샤르피 충격 시험 장치에 대한 연구와 개발이 필요하다.
본 발명은 상기한 문제점을 해소하기 위해 발명된 것으로서, 금속, 합금을 포함한 다양한 재질 및 사이즈의 브이-노치 샤르피 시험편에 가해지는 충격에 따른 응력파의 간섭을 배제하여 충격시 시험재료의 항복(yielding), 노치 균열 개시(carack initiation) 및 전파(crack porpagation), 어레스트(crack arrect)에 따른 파괴거동과 흡수에너지 등의 특성치를 명확하게 측정할 수 있을 뿐만 아니라 진자식 구조에서 자유낙하식 구조로 변경하여 제한된 협소 공간에서도 샤르피 충격 시험을 실시할 수 있는 낙추식 계장화 샤르피 충격 시험 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 목적은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 낙추식 계장화 샤르피 충격 시험 장치는 브이-노치 샤르피 시험편을 이용하는 샤르피 충격 시험 장치에 있어서, 베이스판; 상기 베이스판의 상부에 설치되고 상부 양측에 지지단이 각각 상방으로 돌출되며 상기 지지단의 상부에 상기 브이-노치 샤르피 시험편의 양단을 지지하는 앤빌이 설치되는 시험편지지대; 상기 시험편지지대의 상부에서 견인수단에 의해 상방 수직으로 견인되는 전자석; 상기 전자석에 자착되어 상기 전자석의 자력 상실에 의해 하방 수직으로 자유낙하하면서 상기 브이-노치 샤르피 시험편에 3점 굽힘 부하 형태로 충격력을 가하여 상기 브이-노치 샤르피 시험편을 굽힘 변형 및 파괴하는 충격봉; 및 상기 충격봉의 하단 양측에 설치되어 상기 브이-노치 샤르피 시험편의 굽힘 변형 및 파괴에 따른 동적 하중신호를 검출하는 하중신호검출센서;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
상기 충격봉은 상기 하중신호검출센서에 의해 검출되는 상기 하중신호에 상기 충격력이 상기 브이-노치 샤르피 시험에 가해질 때 발생하는 응력파에 대한 반사파가 포함되지 않도록 상기 브이-노치 샤르피 시험편의 굽힘 변형 및 파괴되는 시간이 상기 반사파가 상기 충격봉으로 전달되는 시간보다 짧게 하는 길이로 구성되는 것을 특징으로 한다.
상기 충격봉의 하단은 충격텁으로 구성되되, 상기 충격텁은 직경이 점진적으로 감소하는 직경감소단과, 상기 직경감소단의 하단에 연장 형성되고 직경이 일정한 직경유지단과, 상기 직경유지단의 하단에 연장 형성되고 직경이 점진적으로 감소하는 충격단과, 상기 충격단의 하단에 일정 곡률반경으로 볼록하게 형성된 충격곡면으로 구성되는 것을 특징으로 한다.
상기 충격봉은 상기 브이-노치 샤르피 시험편의 재질에 따라 금속, 세라믹, 폴리머 중의 하나로 구성되고 상기 브이-노치 샤르피 시험편의 크기에 대응되는 직경으로 구성되는 것을 특징으로 한다.
상기 충격봉의 충격텁은 경화 열처리되는 것을 특징으로 한다.
상기 시험편지지대의 상부 중앙 내측에는 상기 지지대의 사이에서 상기 충격봉의 충격을 흡수하는 고무받침대가 더 설치되는 것을 특징으로 한다.
상기 베이스판의 상부에는 상기 충격봉이 관통하는 상부판이 상기 시험편지지대보다 높은 위치에서 수평으로 지지되게 설치되고 상기 상부판의 상부에는 상기 충격봉에 외삽되는 안내관이 상기 상부판에 고정된 안내관홀더에 의해 수직으로 설치되는 것을 특징으로 한다.
상기 충격봉의 외측에는 반원형상을 가진 복수 개의 안내홈이 외주면을 따라 일정각도 간격으로 형성되는 복수 개의 안내판이 설치되고, 상기 충격봉과 상기 안내관의 사이에는 상기 안내홈에 삽입되는 복수 개의 안내봉이 수직으로 설치되는 것을 특징으로 한다.
상기 안내판에는 상기 하중신호검출센서를 연결하는 리드선이 통과하는 리드선통과홈이 형성되는 것을 특징으로 한다.
상기 전자석과 상기 충격봉의 사이에는 상기 충격봉의 중량을 높이기 위한 무게추가 더 설치되되, 상기 무게추는 상기 충격봉과 나사 결합되는 것을 특징으로 한다.
상기 앤빌은 상기 브이-노치 샤르피 시험편의 크기에 따라 간격 조정 가능하게 구성되는 것을 특징으로 한다.
상기 시험편지지대에는 상기 충격봉이 상기 브이-노치 샤르피 시험편을 충격 파단시킬 때 상기 브이-노치 샤르피 시험편의 동적 변위신호를 검출하는 레이저변위계가 더 설치되는 것을 특징으로 한다.
상기한 구성에 의한 본 발명은 하기와 같은 효과들을 기대할 수 있다.
먼저, 장봉의 충격봉을 이용하여 브이-노치 샤르피 시험편에 충격을 가하면서 충격 시험을 실시함에 따라 반사파에 의한 진동이나 노이즈를 배제하여 동적 하중 신호 및 변위 신호를 얻을 수 있으므로 충격시 시험재료의 항복(yielding), 노치 균열 개시(carack initiation) 및 전파(crack porpagation), 어레스트(crack arrect)에 따른 파괴거동과 흡수에너지 등의 특성치를 명확하게 측정 가능하여 재료의 굽힘변형 및 파괴거동을 명확하게 측정할 수 있는 효과가 있다.
그리고 장봉의 충격봉을 하방 수직으로 자유낙하시켜 브이-노치 샤르피 시험편에 충격을 가하여 시험하는 방식으로 관리 구역(hot zone) 내 좁은 면적에서도 설치 사용 가능하여 중성자 조사 등으로 인해 오염된 시험재료를 사용한 계장화 샤르피 충격 시험을 효과적으로 실시할 수 있는 효과도 있다.
또한, 새로 개발된 구조재료(structural materials)가 적용된 미소사이즈(subsize) 샤르피 시험편에 대한 동적 변형 및 파괴거종의 평가가 가능한 구조임에 따라 충격봉의 재질과 직경을 달리하고 시험편을 지지하는 앤빌 간격을 조정하는 간단한 개조를 통해 시험재료의 강도 및 파괴 거동, 노치인성의 평가를 통한 구조재료의 특성평가에 효과적이다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 낙추식 계장화 샤르피 충격 시험 장치를 도시한 사시도.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 낙추식 계장화 샤르피 충격 시험 장치를 도시한 단면도.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 낙추식 계장화 샤르피 충격 시험 장치의 주요부를 도시한 사시도.
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 낙추식 계장화 샤르피 충격 시험 장치를 이용한 샤르피 충격 시험 과정을 도시한 개략도.
도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 낙추식 계장화 샤르피 충격 시험 장치에 의해 측정된 하중-변위 선도를 도시한 그래프.
도 6은 도 5의 하중-변위 선도를 획득하는 과정을 도시한 예시도.
도 7은 도 5의 하중-변위 선도에서의 충격 특성 파라미터를 도시한 그래프.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 낙추식 계장화 샤르피 충격 시험 장치를 도시한 단면도.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 낙추식 계장화 샤르피 충격 시험 장치의 주요부를 도시한 사시도.
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 낙추식 계장화 샤르피 충격 시험 장치를 이용한 샤르피 충격 시험 과정을 도시한 개략도.
도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 낙추식 계장화 샤르피 충격 시험 장치에 의해 측정된 하중-변위 선도를 도시한 그래프.
도 6은 도 5의 하중-변위 선도를 획득하는 과정을 도시한 예시도.
도 7은 도 5의 하중-변위 선도에서의 충격 특성 파라미터를 도시한 그래프.
본 발명에 따른 낙추식 계장화 샤르피 충격 시험 장치는 다양한 형상의 노치(notch)를 가진 재료에 충격하중을 가하여 충격하중에 의해 발생하는 굽힘변형에 따른 재료의 굽힘변형 및 파괴거동을 측정 및 평가하기 위한 것이다.
특히, 본 발명에 따른 낙추식 계장화 샤르피 충격 시험 장치는 브이-노치 샤르피 시험편에 가해지는 충격에 대한 응력파의 간섭을 배제하여 재료의 충격 파괴거동 및 특성치를 명확하게 측정할 수 있을 뿐만 아니라 공간에 따른 제약을 해소하여 협소 공간에서도 샤르피 충격 시험을 실시할 수 있도록 한 것이 특징이다.
이러한 특징은 시험편지지대의 상부에 앤빌에 의해 양단이 지지된 상태로 받쳐진 브이-노치 샤르피 시험편을 충격에 대한 응력파의 간섭을 배제할 수 있는 충분한 길이를 가진 충격봉을 자유낙하 방식으로 낙하시켜 충격함으로써 응력파에 의한 진동이나 노이즈가 도달하기 전에 동적 하중 및 변위 신호를 측정할 수 있는 구조에 의해 달성된다.
이하 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 낙추식 계장화 샤르피 충격 시험 장치를 첨부한 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 낙추식 계장화 샤르피 충격 시험 장치는 도 1 및 도 3에 도시된 바와 같이 베이스판(100)과 시험편지지대(200)와 전자석(300)과 충격봉(400) 및 하중신호검출센서(500)를 포함하여 구성될 수 있다.
먼저, 상기 베이스판(100)은 바닥으로부터 시험편지지대(200)를 안정적으로 받쳐서 지지하는 구성이다.
이를 위해 베이스판(100)은 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 평판 형태로 구성되는 것이 바람직하다.
단, 베이스판(100)의 하부 중앙에는 충격봉(400)이 자유낙하하면서 브이-노치 샤르피 시험편(S)을 충격할 때 발생하는 충격하중을 안정적으로 지지하도록 스터드(110)가 설치되는 것이 바람직하다.
다음으로, 상기 시험편지지대(200)는 베이스판(100)의 상부에 안착되어 브이-노치 샤르피 시험편(S)을 떠받치는 구성이다.
이를 위해 시험편지지대(200)는 도 3에 도시된 바와 같이 베이스판(100)의 상부에 고정 설치되고 상부 양측에 지지단(210)이 상방으로 돌출 형성되며 지지단(210)의 상부에 앤빌(220)이 고정 설치되는 것이 바람직하다.
즉, 시험편지지대(200)는 지지단(210)의 상부에 설치된 앤빌(220)을 통해 브이-노치 샤르피 시험편(S)의 양단을 지지하게 된다.
이때 지지단(210)의 사이에는 충격봉(400)이 브이-노치 샤르피 시험편(S)을 충격한 후 시험편지지대(200)의 상부를 강하게 타격할 때 발생하는 충격을 흡수할 수 있도록 경질 고무로 이루어진 고무받침대(230)가 설치되는 것이 바람직하다.
그리고 앤빌(220)은 브이-노치 샤르피 시험편(S)의 다양한 크기에 대응할 수 있도록 상호 간의 간격 조정이 가능하게 구성되는 것이 바람직하다.
다음으로, 상기 전자석(300)은 충격봉(400)을 시험편지지대(200)의 상부에서 상방 수직으로 견인할 수 있도록 충격봉(400)의 상부에 자력에 의해 고정되는 구성이다.
즉, 전자석(300)은 외부 전력이 인가되면 자력을 발휘하면서 충격봉(400)을 상방 수직으로 견인 가능하게 하고 외부 전력이 차단되면 자력을 상실하면서 충격봉(400)이 하방 수직으로 자유낙하 가능하게 하는 것이다.
이를 위해 전자석(300)은 도 1에 도시된 바와 같이 시험편지지대(200)의 상부에서 전자석(300)을 상방 수직으로 견인하기 위한 견인수단에 연결 설치되는 것이 바람직하다.
이때 견인수단은 전자석(300)을 상방 수직으로 견인할 수 있도록 윈치(600)나 도르래 등으로 구성될 수 있다.
다음으로, 상기 충격봉(400)은 전자석(300)에 자착된 상태에서 견인수단에 의해 상방 수직으로 견인된 상태에서 전자석(300)의 자력 상실에 따라 하방 수직으로 자유낙하하는 구성이다.
즉, 충격봉(400)은 전자석(300)과 견인수단에 의해 상방 수직으로 견인된 상태에서 전자석(300)의 자력 상실과 동시에 하방 수직으로 자유낙하하면서 시험편지지대(200)의 상부에서 앤빌(220)에 양단이 지지된 브이-노치 샤르피 시험편(S)에 충격을 가하는 것이다.
이를 위해 충격봉(400)은 시험편지지대(200)의 상부에서 전자석(300)에 자착 가능한 형태로 구성되는 것이 바람직하다.
이때 충격봉(400)은 하단에 설치되는 하중신호검출센서(500)에 의해 브이-노치 샤르피 시험편(S)에 대한 동적 하중신호가 검출될 때 충격봉(400)의 충격에 의해 브이-노치 샤르피 시험편(S)에서 발생하는 응력파에 대한 반사파가 포함되지 않게 충분한 길이로 구성되는 것이 바람직하다.
즉, 충격봉(400)은 충격봉(400)의 충격력으로 브이-노치 샤르피 시험편(S)이 굽힘 변형 및 파괴에 이르는 시간이 충격봉(400)의 충격력에 의해 브이-노치 샤르피 시험편(S)에서 발생하는 응력파에 따른 반사파가 충격봉(400)의 하단에서 하중신호검출센서(500)에 검출되는 시간보다 짧게 할 수 있는 길이로 구성되는 것이 바람직하다.
따라서 충격봉(400)의 길이에 의해 하중신호검출센서(500)에서 검출되는 동적 하중신호에는 상기한 응력파에 따른 반사파에 의한 진동이나 노이즈가 포함되지 않게 된다.
한편, 충격봉(400)의 하단은 도 3에 도시된 바와 같이 브이-노치 샤르피 시험편(S)에 직접적으로 충격력을 하기하는 충격텁(410)으로 구성될 수 있다.
상기 충격텁(410)은 직경이 하단으로 갈수록 점진적으로 감소하는 직경감소단(411)과, 직경감소단(411)의 하단에 연장 형성되고 직경이 일정한 직경유지단(412)과, 직경유지단(412)의 하단에 연장 형성되며 직경이 하단으로 갈수록 점진적으로 감소하는 충격단(413)과, 충격단(413)의 하단에 일정 곡률반경로 볼록하게 형성된 충격곡면(414)으로 구성될 수 있다.
즉, 충격텁(410)은 종단면을 기준으로 하여 직경감소단(411)과 직경유지단(412)이 "Y"자 형상이고 그 하단의 충격단(413)과 충격곡면(414)이 "V"자 형상인 것이다.
이러한 충격텁(410)의 형상은 브이-노치 샤르피 시험편(S)을 충격할 때 충격봉(400)의 단부인 충격텁(410)의 일측에 설치되는 하중신호검출센서(500)와 이를 연결하는 리드선(510)이 손상되지 않도록 하기 위한 것이다.
그리고 충격봉(400)은 브이-노치 샤르피 시험편(S)의 크기와 재질에 대응되게 다양한 직경으로 구성될 수 있으며 금속, 세라믹, 폴리머 등의 재질로 구성될 수 있다.
또한, 충격봉(400)의 충격텁(510)은 하방 수직으로 자유낙하하면서 브이-노치 샤르피 시험편(S)에 충격력을 가할 때 변형 및 파괴되지 않도록 경화 열처리되는 것이 바람직하다.
이때 충격봉(400)은 안전하게 하방 수직으로 자유 낙하할 수 있도록 수직의 안내관(800)에 의해 안내되도록 구성되는 것이 바람직하다.
상기 안내관(800)은 베이스판(100)의 상부에서 시험편지지대(200)보다는 높은 위치로 수평 설치된 상부판(700)의 상부에 수직으로 설치된 것이다. 상기 상부판(700)은 중앙에 충격봉(400)이 관통하는 관통공이 형성되고 상부에 안내관(800)을 수직으로 지지하는 안내관홀더(810)가 구비된 것이다.
그리고 충격봉(400)의 외측에는 반원형상을 가진 복수 개의 안내홈(421)이 외주면을 따라 일정각도 간격으로 형성되는 복수 개의 안내판(420)이 설치되고, 충격봉(400)과 안내관(800)의 사이에는 충격봉(400)의 외측에서 각각의 안내홈(421)에 삽입되는 복수 개의 안내봉(900)이 수직으로 설치되는 것이 바람직하다.
상기 안내판(420)과 안내봉(900)은 충격봉(400)이 하방 수직으로 자유낙하할 때 회전이나 흔들림 없이 곧게 자유낙하할 수 있도록 안내하게 된다. 단, 안내판(420)에는 하중신호검출센서(500)의 리드선(510)이 통과되도록 리드선통과공(522)이 형성되는 것이 바람직하다.
여기서 충격봉(400)의 상부에는 충격봉(400)의 하중을 조절할 수 있도록 무게추(430)가 더 설치될 수 있다. 단, 무게추(430)는 설치 및 해체가 용이하도록 충격봉(400)과는 나사 결합되는 것이 바람직하다. 그리고 무게추(430)가 충격봉(400)의 상부에 설치되는 경우에는 무게추(430)의 상부가 전자석(300)에 자착되게 된다.
마지막으로, 상기 하중신호검출센서(500)는 충격봉(400)의 하단에 설치되어 충격봉(400)이 하방 수직으로 자유낙하하면서 브이-노치 샤르피 시험편(S)에 충격력을 가할 때 발생하는 동적 하중신호를 검출하는 구성이다.
이를 위해 하중신호검출센서(500)는 충격봉(400)의 하단을 구성하는 충격텁(510)의 일측에 설치되어 충격봉(400)이 브이-노치 샤르피 시험편(S)을 충격할 때 브이-노치 샤르피 시험편(S)에서 발생하여 전달되는 동적 하중 신호를 검출하게 된다.
그리고 하중신호검출센서(500)는 도 4와 같이 검출된 동적 하중신호를 증폭시켜 전압 형태로 출력하는 신호증폭기와, 신호증폭기에서 전압 형태로 출력된 동적 하중신호 데이터를 저장하는 저장매체에 차례대로 연결되는 것이 바람직하다.
상기와 같이 하중신호검출센서(500)에 의해 검출되는 동적 하중 신호에는 충격봉(400)의 충분한 길이에 의해 충격봉(400)이 브이-노치 샤르피 시험편(S)을 충격할 때 발생하는 응력파에 대한 반사파에 의한 진동이나 노이즈가 포함되지 않게 됨으로써 재료의 충격 파괴거동 및 특성치를 명확하게 규명할 수 있다.
즉, 브이-노치 샤르피 시험편(S)의 동적 하중 값은 하중신호검출센서(500)에 의해 검출된 동적 하중 신호를 만능재료시험기를 통해 정적교정(static clibration)을 거쳐서 구할 수 있다. 그리고 브이-노치 샤르피 시험편(S)의 동적 변위 값은 상기 동적 하중 값(P(t))과 충격봉(400)의 초기 충격속도(v0)와 충격봉(400)의 질량(m)을 이용하는 아래의 수학식 1에 의해 구할 수 있다.
<수학식 1>
이에 따라 도 5와 같이 반사파에 의한 진동이나 노이즈가 포함되지 않는 하중-변위 선도를 제시할 수 있다. 그리고 상기 하중-변위 선도로부터 하중 파라미터 지점을 각각 입력하면 항복하중, 최대하중, 불안정 파괴 초기하중, 어레스트 하중 등의 특정 하중값을 도출할 수 있으며 도 6과 같이 각 하중 영역에서 소비된 충격 흡수에너지 값을 계산할 수 있다. 또한, 도 7과 같이 상기 하중-변위 선도로부터 하중-변위 선도에 대한 충격 특성치도 정의할 수 있다.
여기서 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 낙추식 계장화 샤르피 충격 시험 장치는 도시하지 않았지만 충격봉(400)이 하방 수직으로 자유낙하하여 브이-노치 샤르피 시험편(S)에 충격력을 가할 때 발생하는 브이-노치 샤르피 시험편(S)의 동적 변위신호를 검출하는 레이저변위계가 더 포함될 수 있다.
상기 레이저변위계는 상기와 달리 브이-노치 샤르피 시험편(S)의 동적 변위신호를 계산식에 의해 의존하지 않고 직접적으로 검출하기 위한 것으로, 상기와 같이 계산식에 의해 구한 동적 변위 값을 확인하기 위한 목적 등으로 설치될 수 있다.
단, 레이저변위계는 시험편지지대(200)의 상부 일측 또는 양측에 설치되는 것이 바람직하다. 그리고 레어저변위계는 하중신호검출센서(500)와 같이 동적 변위신호를 증폭시켜 전압 형태로 출력하고 이를 저장하는 신호증폭기와 저장매체에 차례대로 연결될 수 있다.
상기한 실시예는 예시적인 것에 불과한 것으로, 당해 기술분야에 대한 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양하게 변형된 다른 실시예가 가능하다.
따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호범위에는 하기의 특허청구범위에 기재된 발명의 기술적 사상에 의해 상기의 실시예뿐만 아니라 다양하게 변형된 다른 실시예가 포함되어야 한다.
100: 베이스판
110: 스터드
200: 시험편지지대
210: 지지단
220: 앤빌
230: 고무받침대
300: 전자석
400: 충격봉
410: 충격텁
411: 직경감소단
412: 직경유지단
413: 충격단
414: 충격곡면
420: 안내판
421: 안내홈
422: 리드선통과공
430: 무게추
500: 하중신호검출센서
510: 리드선
600: 윈치
700: 상부판
800: 안내관
810: 안내관홀더
900: 안내봉
110: 스터드
200: 시험편지지대
210: 지지단
220: 앤빌
230: 고무받침대
300: 전자석
400: 충격봉
410: 충격텁
411: 직경감소단
412: 직경유지단
413: 충격단
414: 충격곡면
420: 안내판
421: 안내홈
422: 리드선통과공
430: 무게추
500: 하중신호검출센서
510: 리드선
600: 윈치
700: 상부판
800: 안내관
810: 안내관홀더
900: 안내봉
Claims (12)
- 브이-노치 샤르피 시험편을 이용하는 낙추식 계장화 샤르피 충격 시험 장치에 있어서,
베이스판; 상기 베이스판의 상부에 설치되고 상부 양측에 지지단이 각각 상방으로 돌출되며 상기 지지단의 상부에 상기 브이-노치 샤르피 시험편의 양단을 지지하는 앤빌이 설치되는 시험편지지대; 상기 시험편지지대의 상부에서 견인수단에 의해 상방 수직으로 견인되는 전자석; 상기 전자석에 자착되어 상기 전자석의 자력 상실에 의해 하방 수직으로 자유낙하하면서 상기 브이-노치 샤르피 시험편에 3점 굽힘 부하 형태로 충격력을 가하여 상기 브이-노치 샤르피 시험편을 굽힘 변형 및 파괴하는 충격봉; 및 상기 충격봉의 하단 양측에 설치되어 상기 브이-노치 샤르피 시험편의 굽힘 변형 및 파괴에 따른 동적 하중신호를 검출하는 하중신호검출센서;를 포함하여 구성되되,
상기 충격봉의 하단은 충격텁으로 구성되되, 상기 충격텁은 상기 브이-노치 샤르피 시험편을 충격할 때 상기 하중신호검출센서와 상기 하중신호검출센서를 연결하는 리드선이 손상되지 않도록 직경이 점진적으로 감소하는 직경감소단과, 상기 직경감소단의 하단에 연장 형성되고 직경이 일정한 직경유지단과, 상기 직경유지단의 하단에 연장 형성되고 직경이 점진적으로 감소하는 충격단과, 상기 충격단의 하단에 일정 곡률반경으로 볼록하게 형성된 충격곡면으로 구성되며, 상기 충격텁은 종단면을 기준으로 하여 상기 직경감소단과 상기 직경유지단이 "Y"자 형상을 이루고 상기 충격단과 상기 충격곡면이 "V"자 형상을 이루고, 상기 충격봉의 충격텁은 경화 열처리된 것이며,
상기 베이스판의 상부에는 상기 충격봉이 관통하는 상부판이 상기 시험편지지대보다 높은 위치에서 수평으로 지지되게 설치되고 상기 상부판의 상부에는 상기 충격봉에 외삽되는 안내관이 상기 상부판에 고정된 안내관홀더에 의해 수직으로 설치되고, 상기 충격봉의 외측에는 설치되고 반원형상을 가진 복수 개의 안내홈이 외주면을 따라 일정각도 간격으로 형성되는 복수 개의 안내판과, 상기 충격봉과 상기 안내관의 사이에는 수직으로 설치되고 상기 안내홈에 삽입되는 복수 개의 안내봉에 의해 상기 충격봉이 하방 수직으로 자유 낙하할 때 회전이나 흔들림 없이 곧게 자유 낙하하게 되며, 상기 안내판에는 상기 하중신호검출센서를 연결하는 리드선이 통과하는 리드선통과홈이 형성되고,
상기 충격봉은 상기 브이-노치 샤르피 시험편의 재질에 따라 금속, 세라믹, 폴리머 중의 하나로 구성되고 상기 브이-노치 샤르피 시험편의 크기에 대응되는 직경으로 구성되며,
상기 충격봉은 상기 하중신호검출센서에 의해 상기 브이-노치 샤르피 시험편에 대한 동적 하중신호가 검출될 때 상기 충격봉의 충격에 의해 상기 브이-노치 샤르피 시험편에서 발생하는 응력파에 대한 반사파가 포함되지 않는 길이로 구성되어 상기 하중신호검출센서에서 검출되는 동적 하중신호에 상기 응력파에 따른 반사파에 의한 진동이나 노이즈가 포함되지 않게 되고,
상기 시험편지지대의 상부 중앙 내측에는 상기 시험편지지대의 사이에서 상기 충격봉의 충격을 흡수하는 고무받침대가 설치되며,
상기 전자석과 상기 충격봉의 사이에는 상기 충격봉의 중량을 높이기 위한 무게추가 더 설치되되, 상기 무게추는 상기 충격봉과 나사 결합되고,
상기 앤빌은 상기 브이-노치 샤르피 시험편의 크기에 따라 간격 조정 가능하게 구성되며,
상기 시험편지지대의 상부 일측 또는 양측에는 상기 충격봉이 상기 브이-노치 샤르피 시험편을 충격 파단시킬 때 상기 브이-노치 샤르피 시험편의 동적 변위신호를 검출하는 레이저변위계가 설치되는 것을 특징으로 하는 낙추식 계장화 샤르피 충격 시험 장치. - 삭제
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| KR1020150092695A KR101731070B1 (ko) | 2015-06-30 | 2015-06-30 | 낙추식 계장화 샤르피 충격 시험 장치 |
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