KR101902811B1 - Impact Shear Testing Apparatus for Metallic Sheets - Google Patents
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Abstract
본 발명은 발사구가 구비된 에어건; 상기 에어건에 동일선상에서 수평으로 설치되고 시험편이 설치되는 출력봉; 상기 에어건 발사구에 내삽되고 상기 에어건의 작동에 의해 상기 시험편에 충격력을 가하는 발사체; 상기 출력봉에 설치되어 상기 발사체가 상기 시험편에 고속 충격력을 가할 때 상기 시험편의 전단 변형 및 파단에 따른 동적 하중신호를 검출하는 하중신호검출센서; 상기 시험편 인근에 설치되어 상기 발사체의 충격시 상기 시험편의 변위와 상기 출력봉의 이동량 변위를 측정하여 상기 시험편의 하중작용 방향으로 발생하는 전단시 변위에 해당하는 상대적 변위를 측정할 수 있는 변위측정센서;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.The present invention relates to an air gun having a launching port; An output rod horizontally installed on the same air line and equipped with a test piece; A projectile that is inserted into the air gun launch port and applies an impact force to the test piece by operation of the air gun; A load signal detection sensor installed in the output rod and detecting a dynamic load signal due to shear deformation and breakage of the test piece when the projectile applies a high impact force to the test piece; A displacement measuring sensor installed near the test piece and measuring a displacement of the test piece and a displacement amount of the output rod when the impact of the projectile is measured to measure a relative displacement corresponding to a shear displacement occurring in a load acting direction of the test piece; And a control unit.
Description
본 발명은 충격하중을 받는 경우 고 변형률속도(high strain-rate) 영역에서 작용하는 금속판재의 동적 하중신호 및 변위신호를 새로운 방식으로 검출하여 금속재료의 동적 전단변형 거동과 특성을 측정하고 전단 변형시 발생하는 전단 띠의 발생과정을 관찰하기 위한 이중전단되는 시험편을 이용한 금속판재의 충격 전단시험 장치에 관한 것이다. The present invention detects dynamic load signals and displacement signals of a metal plate acting in a high strain-rate region under a shock load and measures dynamic shear deformation behavior and properties of the metal material, The present invention relates to an apparatus for testing an impact shear of a metal plate using a double shear test specimen to observe the generation process of a shear band generated during a shear test.
충격하중이 작용하여 발생하는 고 변형률속도 영역에서 금속재료의 변형거동을 시험하고자 할 때는 주로 인장 또는 압축 특성에 대하여 고려된다. 그러나 충격하중 작용시 재료의 변형 동안 생성되는 국부적인 전단변형은 중요한 요소로 고려되어야 한다. 또한 고 변형률속도에서 전단변형은 단열 조건으로 인해 국부적인 온도 상승에 따른 소성연화 거동이 전단 띠(shear bands) 형성에 크게 영향을 미치게 된다.The tensile or compressive characteristics are mainly considered when testing the deformation behavior of metallic materials in the high strain rate region generated by impact loading. However, local shear deformation during the deformation of the material during impact loading should be considered as an important factor. In addition, shear deformation at high strain rate has a significant effect on the formation of shear bands due to the plastic deformation behavior due to the local temperature rise due to the adiabatic condition.
종래의 충격 전단시험의 경우, 콜스키 토션바(Kolsky torsion bar), 홉킨슨 충격시험법(Split Hopkinson Pressure Bar: SHPB) 등을 이용하고 있으나, 매우 짧은 충격시험 동안에 발생하는 전단 띠의 형성 및 진전 파단과정을 관찰하는 데는 한계가 있다.In the case of the conventional impact shear test, the Kolsky torsion bar and the Hopkinson Pressure Bar (SHPB) are used. However, the formation and propagation of the shear band during the very short impact test There is a limit to observing the fracture process.
따라서 금속재료의 고속 전단변형 동안 경과시간에 따른 단열 전단 띠의 형성 및 진전 거동을 명확하게 관찰하여 고속 전단 변형거동을 측정 평가할 수 있는 기술 개발이 필요하다. Therefore, it is necessary to develop a technology for measuring and evaluating the high-speed shear deformation behavior by clearly observing the formation and propagation behavior of the adiabatic shear band according to the elapsed time during the high-speed shear deformation of the metal material.
본 발명은 상기한 문제점을 해소하기 위해 발명된 것으로서 동적 하중검출방식(one-bar method)과 비접촉식 고속레이저변위계를 사용하여 고 변형률속도 영역에 있어서 동적 하중과 변위를 연계하여 검출하고, 동시에 여러 대의 고속영상촬영기를 연동시켜 매우 짧은 시간 간격으로 경과시간에 따른 금속재료의 동적 전단변형 및 파괴거동을 관찰하고 금속재료의 전단변형과 관련된 유동응력 측정과 전단파괴 기구를 파악할 수 있는 금속판재의 충격 전단시험 장치를 제공하는 데 그 목적이 있다.Disclosure of the Invention The present invention has been made to solve the above-described problems, and it is an object of the present invention to provide a method of detecting a dynamic load and a displacement in a high strain rate region by using a dynamic load detection method and a non- This paper deals with the dynamic shear deformation and fracture behavior of metallic materials with the elapsed time in a very short time interval by interlocking with the high speed transducers, measuring the flow stress related to the shear deformation of the metal material and the shear fracture mechanism, The purpose is to provide a test apparatus.
본 발명의 목적은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The objects of the present invention are not limited to the above-mentioned objects, and other objects not mentioned can be clearly understood from the following description.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 발사구가 구비된 에어건; 상기 에어건에 동일선상에서 수평으로 설치되고 시험편이 설치되는 출력봉; 상기 에어건 발사구에 내삽되고 상기 에어건의 작동에 의해 상기 시험편에 충격력을 가하는 발사체; 상기 출력봉에 설치되어 상기 발사체가 상기 시험편에 고속 충격력을 가할 때 상기 시험편의 전단 변형 및 파단에 따른 동적 하중신호를 검출하는 하중신호검출센서; 상기 시험편 인근에 설치되어 상기 발사체의 충격시 상기 시험편의 변위와 상기 출력봉의 이동량 변위를 측정하여 상기 시험편의 하중작용 방향으로 발생하는 전단시 변위에 해당하는 상대적 변위를 측정할 수 있는 변위측정센서;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.According to an aspect of the present invention, there is provided an air gun comprising: An output rod horizontally installed on the same air line and equipped with a test piece; A projectile that is inserted into the air gun launch port and applies an impact force to the test piece by operation of the air gun; A load signal detection sensor installed in the output rod and detecting a dynamic load signal due to shear deformation and breakage of the test piece when the projectile applies a high impact force to the test piece; A displacement measuring sensor installed near the test piece and measuring a displacement of the test piece and a displacement amount of the output rod when the impact of the projectile is measured to measure a relative displacement corresponding to a shear displacement occurring in a load acting direction of the test piece; And a control unit.
상기 시험편은, 상기 발사체에 타격이 이루어지는 타격판재와, 상기 타격판재 양측에 연장되어 상기 출력봉의 전단에 고정되는 고정판재로 이루어져 이중 전단이 이루어지는 것을 특징으로 한다.The test piece is composed of a striking plate on which impact is applied to the projectile and a fixing plate extending on both sides of the striking plate to be fixed to the front end of the output rod.
상기 변위측정센서는, 상기 시험편의 변위를 측정하는 제1변위측정센서와, 상기 출력봉의 이동량 변위를 측정하는 제2변위측정센서로 구성되는 것을 특징으로 한다.The displacement measuring sensor may include a first displacement measuring sensor for measuring a displacement of the test piece and a second displacement measuring sensor for measuring a displacement of the output rod.
상기 변위측정센서는, 비접촉식 고속레이저변위계인 것을 특징으로 한다.The displacement measuring sensor is a non-contact type high-speed laser displacement meter.
상기 제1변위측정센서는 상기 시험편 상부에 일정각도 경사지게 형성되고, 상기 시험편의 후단에는 상기 제1변위측정센서와 대응되는 경사면이 형성되어 상기 시험편의 전단시 변위를 측정가능하게 하고, 상기 제2변위측정센서는 상기 출력봉 하부에 일정각도 경사지게 형성되고, 상기 출력봉의 전단 하측에는 상기 제2변위측정센서와 대응되는 경사면이 형성되어 충격시 상기 출력봉의 이동량 변위를 측정가능하게 하는 것을 특징으로 한다. Wherein the first displacement measuring sensor is formed to be inclined at a predetermined angle on the upper side of the test piece and an inclined surface corresponding to the first displacement measuring sensor is formed at a rear end of the test piece so that the displacement of the test piece at the time of shearing can be measured, The displacement measuring sensor is formed to be inclined at a predetermined angle below the output rod and an inclined surface corresponding to the second displacement measuring sensor is formed on the lower side of the output rod to enable measurement of the displacement of the output rod at the time of impact .
상기 출력봉은, 전단부가 단차진 상부수직부, 상기 시험편이 결합되는 수평부, 하부수직부로 형성되는 것을 특징으로 한다.Wherein the output bar is formed by a top vertical portion, a horizontal portion to which the test piece is coupled, and a bottom vertical portion.
상기 시험편의 상부에는 상기 시험편의 전단 변형과정을 촬영하는 고속영상촬영기가 설치되는 것을 특징으로 한다.And a high-speed image taking device for photographing the shear deformation process of the test piece is installed on the upper portion of the test piece.
상기 출력봉에는, 후단부에 동적 하중검출시 응력파 전파에 따른 대한 반사파의 입사 간섭을 최소화시키기 위해 수평 상태로 정렬한 모멘트 트랩이 설치되는 것을 특징으로 한다.The output rod is provided with a moment trap arranged in a horizontal state in order to minimize the incident interference of the reflected wave due to the stress wave propagation when the dynamic load is detected at the rear end.
상기 출력봉에는, 외주면에 설치되어 상기 출력봉을 수평 유지 및 동일축으로 정렬시키고 상기 출력봉이 상기 발사체의 타격에 의한 고속 이동시 마찰을 줄이고 지지할 수 있는 리니어부시가 구비되는 것을 특징으로 한다.The output bar is provided with a linear bush installed on an outer circumferential surface thereof to align and align the output bar horizontally and on the same axis, and to reduce and support friction when the output bar is moved at a high speed due to impact of the projectile.
상기 모멘트 트랩 후측에는, 후측에 상기 출력봉과 탄성 충돌되게 하는 탄성재질의 홀더가 구비된 스토퍼가 설치되는 것을 특징으로 한다.And a stopper provided with a holder made of an elastic material for elastically colliding with the output bar is provided on the rear side of the moment trap.
상기 시험편의 상대적 전단 변위는 수학식 x(t)로 이루어지는 것을 특징으로 한다.And the relative shear displacement of the test specimen is expressed by the following equation: x (t).
(x=상대적 변위, x1=시험편 변위 x2=출력봉의 이동량 변위 α: 출력봉과 시험편의 경사 측정각도)(x = relative displacement, x1 = specimen displacement x2 = displacement of output rod displacement α: angle of inclination of output rod and specimen)
상기한 구성에 의한 본 발명은 간단하게 충격하중 부하시 시험편의 양쪽 전단부에 부가된 동적하중 및 발생한 동적변위의 측정을 가능하게 하여, 이를 통해 시험편의 전단하중-전단변위 선도는 물론 나아가 전단응력-전단변형률 선도를 나타내는 것이 가능하여 고 변형률속도 영역에서 재료의 물성치의 결정 및 구성방정식(constitutive equation)의 제공이 가능하다. The present invention according to the above-described configuration makes it possible to measure the dynamic load and the generated dynamic displacement applied to both front ends of the test piece under a simple impact load, and thereby, the shear load-shear displacement diagram of the test piece as well as the shear stress - It is possible to show the shear strain diagram, which makes it possible to determine the material properties of the material in the region of high strain rate and to provide a constitutive equation.
또한 동시에 외부로부터 시험편의 관찰이 가능하다는 점에 착안하여 셔터 속도가 빠른 복수 대의 디지털카메라로 구성된 고속 영상촬영기를 사용하여 충격시험 동안 매우 짧은 시간 내 경과시간에 따른 시험편의 동적 전단 변형과정의 단속적 관찰이 가능하며, 비접촉식 고속 레이저 변위측정센서를 사용하여 충격하중에 따른 시험편의 소성변형에 따른 전단부 변위를 명확하게 측정할 수 있는 효과가 있다. It is also possible to observe the test specimen from the outside at the same time, so that the intermittent observation of the dynamic shear deformation process of the test piece with a very short time during the impact test using a high-speed imager composed of a plurality of digital cameras with high shutter speed And it is possible to clearly measure the displacement of the front end due to the plastic deformation of the test piece due to the impact load by using the non-contact type high speed laser displacement measurement sensor.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 금속판재의 충격 전단시험 장치를 도시한 구성도.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 금속판재의 충격 전단시험 장치에 체결된 시험편과 비접촉식 고속 레이저변위계의 레이저빔이 시험편에 닿는 위치를 도시한 확대도.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 금속판재의 충격 전단시험 장치에 의해 측정된 전단하중-전단변위 선도를 도시한 그래프.
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 금속판재의 충격 전단시험 장치에 장착된 고속영상촬영기를 사용하여 얻은 일련의 전단 변형과정을 찍은 영상 사진.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a block diagram showing an apparatus for testing an impact shear of a metal plate according to a preferred embodiment of the present invention. FIG.
FIG. 2 is an enlarged view showing a position where a laser beam of a non-contact type high-speed laser displacement meter is contacted with a test piece fastened to an impact shear testing apparatus of a metal plate according to a preferred embodiment of the present invention.
3 is a graph showing the shear load-shear displacement diagram measured by the impact shear testing apparatus of the metal plate according to the preferred embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a photograph of a series of shear deformation processes obtained by using a high-speed photographing machine mounted on an impact shear testing apparatus for a metal plate according to a preferred embodiment of the present invention.
이하, 첨부된 도면을 참고로 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하기로 한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
이하 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 금속판재의 충격 전단시험 장치를 첨부한 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, an apparatus for testing an impact shear of a metal plate according to a preferred embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 금속판재의 충격 전단시험 장치를 도시한 구성도이다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a block diagram showing an apparatus for testing an impact shear of a metal plate according to a preferred embodiment of the present invention. FIG.
우선 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 금속판재의 충격 전단시험 장치의 구성 및 작용을 설명하기로 한다.First, the configuration and operation of the apparatus for testing the impact shear of a metal plate according to a preferred embodiment of the present invention will be described.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 금속판재의 충격 전단시험 장치는 도1에 도시된 바와 같이 에어건(100), 출력봉(200), 발사체(300), 하중신호검출센서(400) 및 변위측정센서(500)가 포함되어 이루어진다.1, the apparatus for testing the impact shear of a metal plate according to a preferred embodiment of the present invention includes an
상기 에어건(100)은 에어가 고압으로 충진되는 챔버가 형성되고, 에어가 분출되는 수평방향으로 길게 형성된 관형의 발사구(120)가 형성된다.The
상기 출력봉(200)은 상기 에어건(100)에 동일선상으로 수평으로 길게 설치되고 시험편이 설치된다.The
이를 위해 출력봉(200)은 전단시험용 시험편이 체결될 수 있도록 출력봉의 길이방향으로 계단상 반원형태로 형성되는 것이 바람직하다.For this purpose, the
이때, 출력봉(200)은 리니어부시 양단 내측에 삽입되어 있으며 중앙부에 부착된 한 쌍의 하중신호검출센서(400)에 의해 시험편의 동적 하중신호가 검출될 때 시험편에서 발생하는 응력파에 대한 반사파가 포함되지 않게 충분한 길이로 구성되는 것이 바람직하다.At this time, when the dynamic load signal of the test piece is detected by the pair of load
여기서, 상기 출력봉(200) 타측 끝단에는 동적 하중검출시 응력파에 대한 반사파의 입사 간섭을 최소화시키기 위해 수평 상태로 정렬한 모멘트 트랩(220)을 설치하는 것이 바람직하다.Here, the other end of the
이때, 모멘트 트랩(220)은 일정한 길이의 봉재로 출력봉과 동일한 재질과 직경을 가지고, 상기 출력봉(200) 일측 끝단과 서로 수평으로 접촉된 상태에서 리니어부시(240)로 실험시 마찰을 줄이기 위해 고정단으로 지지되어 있는 것이 바람직하다.At this time, the
한편, 상기 모멘트 트랩(200) 후측에는 상기 모멘트 트랩과 탄성 충돌되게 하는 탄성재질의 홀더가 구비된 스토퍼(260)가 설치된다.On the other hand, a
상기 스토퍼(260)는 발사체(300)가 고속 충격을 가하게 되면 상기 출력봉(200)은 모멘트 트랩(220)과 탄성충돌이 발생하게 되며 이때 충격력을 받은 모멘트 트랩의 이동을 정지시키기 위해 강체의 홀더고정단과 내부에 충격흡수와 고정을 위한 고무 재질의 홀더가 내삽되어 구성되는 것이 바람직하다.When the
상기 발사체(300)는 시험편에 충격력을 가하는 구성이다.The
상기 발사체(300)는 출력봉(200)보다 짧은 길이에 동일한 직경을 갖고 있으며 에어건(100)과 체결된 중공형상의 발사구(120)에 내삽되어 있는 상태에서 에어건(100)에 고압 충진된 공기압의 분출로 고속이동 하면서 출력봉(200) 끝단에 체결된 시험편을 타격하는 구성이다.The
따라서 발사체(300)는 길이방향으로 고속 이동하면서 시험편의 타격면에 타격하는 충격력을 가함으로서 출력봉(200)에 체결된 시험편을 충격력으로 전단 변형 및 파단 시키게 된다.Accordingly, the
상기 하중신호검출센서(400)는 상기 출력봉에 설치되어 상기 발사체가 상기 시험편에 고속 충격력을 가할 때 상기 시험편의 전단 변형 및 파단에 따른 동적 하중신호를 검출하게 된다.The load
그리고 하중신호검출센서(400)에 의해 검출된 동적 하중신호를 증폭시켜 전압 형태로 출력하는 신호증폭기와, 신호증폭기에서 전압 형태로 출력된 동적 하중신호 데이터를 저장하는 저장매체에 차례대로 연결되는 것이 바람직하다.A signal amplifier for amplifying the dynamic load signal detected by the load
상기 변위측정센서(500)는 상기 시험편 인근에 설치되어 상기 발사체의 충격시 상기 시험편의 변위와 상기 출력봉의 이동량 변위를 측정하여 상기 시험편의 하중방향으로 발생하는 상대적인 변위를 측정할 수 있다.The
상기 변위측정센서(500)는 비접촉식 고속레이저변위계로 실시하였다. 물론 변위를 측정할 수 있는 비접촉식 변위계는 어떠한 것도 사용 가능하다.The
상기 변위측정센서(500)는 상기 시험편의 변위를 측정하는 제1변위측정센서(520)와, 상기 출력봉의 이동량 변위를 측정하는 제2변위측정센서(540)로 구성되고, 상기 발사체가 시험편에 충격력을 받게 되면 상기 출력봉에 체결된 시험편의 전단부가 변형되므로 전단변위를 측정하기 위해 출력봉 상단과 하단에 한 쌍으로 설치하는 것이 바람직하다. 이때 출력봉에 체결된 시험편 타격부 타측 끝단에는 타격부 상단에 설치된 레이저변위계의 레이저빔이 주사가 되도록 45°로 경사진 경사면이 형성되는 것이 바람직하다.The
다음으로, 상기 에어건(100)의 발사구(120) 끝단에는 도 1에 도시된 바와 같이 상기 발사체(300)가 공기압 분출로 인해 발사구(120) 끝단을 지나갈 때 발사체(300)의 속도를 측정하는 한 쌍의 속도측정센서(140,160)가 체결되는 구성이다. 1, the speed of the
즉, 발사체(300)가 발사구(120) 끝단의 속도측정 구간을 통과하게 되면 발사체(300)의 이동시간을 측정하여 속도측정기시스템의 제어부에서 속도를 계산하고, 이때 고속영상 촬영용 트리거 기능이 활성화되면서 시험편 수직 상방에 설치된 고속영상촬영기(600)가 고속 충격시 경과시간에 따른 시험편의 전단 변형과정을 순차적으로 영상 사진을 획득할 수 있게 된다. 이때 고속영상촬영을 위해 구비되는 플래시(flash)는 발광 지속시간이 길면서 발광량이 크게 되도록 촬영전용 플래시를 사용하는 것이 바람직하다.That is, when the
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 금속판재의 충격 전단시험 장치에 체결된 시험편과 비접촉식 고속레이저변위계의 레이저빔이 시험편에 닿는 위치를 도시한 확대도이다.FIG. 2 is an enlarged view showing a position where a laser beam of a test piece fastened to an impact shear testing apparatus of a metal plate according to a preferred embodiment of the present invention and a non-contact high-speed laser displacement meter touches a test piece.
도 2를 참조하면, 상기 출력봉(200)은, 전단부가 단차진 상부수직부(212), 상기 시험편이 결합되는 수평부(214), 하부수직부(216)로 형성된다.Referring to FIG. 2, the
여기서, 상기 제1변위측정센서는 상기 시험편 상부에 일정각도 경사지게 형성되고, 상기 시험편의 후단에는 상기 제1변위측정센서와 대응되는 경사면이 형성되어 상기 시험편의 변위를 측정가능하게 하고, 상기 제2변위측정센서는 상기 출력봉 하부에 일정각도 경사지게 형성되고, 상기 출력봉의 전단 하측에는 상기 제2변위측정센서와 대응되는 경사면이 형성되어 상기 출력봉의 이동량 변위를 측정가능하게 하다.Here, the first displacement measurement sensor is formed to be inclined at a predetermined angle on the upper portion of the test piece, an inclined surface corresponding to the first displacement measurement sensor is formed at a rear end of the test piece to enable measurement of the displacement of the test piece, The displacement measuring sensor is formed at a predetermined angle slope below the output rod, and a slope corresponding to the second displacement measuring sensor is formed on the lower side of the output rod to enable measurement of displacement of the output rod.
그리고, 상기 시험편(S)은 상기 발사체에 타격이 이루어지는 타격판재(12)와, 상기 타격판재 양측에 연장되어 상기 수평부에 고정되는 고정판재(14)로 이루어져 이중 전단이 이루어진다.The test piece S is composed of a
또한, 상기 제1변위측정센서의 레이저빔 주사가 가능하도록 하기 위해 시험편과 맞닿는 상기 출력봉의 수평부 중앙에 레이저빔 관통로를 형성하여 시험편의 변위를 측정할 수 있고, 상기 출력봉의 하부수직부에 경사진 경사면을 형성하여 제2변위측정센서의 레이저빔이 경사진 경사면에 수직으로 주사하여 상기 출력봉의 이동량 변위를 측정할 수 있다.In order to enable laser beam scanning of the first displacement measurement sensor, a displacement of the test piece can be measured by forming a laser beam penetration path in the center of the horizontal portion of the output rod abutting the test piece, The inclination of the output rod can be measured by forming a tilted inclined surface and scanning the inclined surface of the laser beam of the second displacement measurement sensor perpendicularly.
즉, 발사체가 출력봉 끝단에 체결된 시험편의 전단 즉 타격판재에 충격력을 가하게 되면 동일한 시간 동안 시험편이 변형되어 움직인 거리와 출력봉의 움직이는 거리가 더해진 총 변위가 발생하므로 아래의 수학식 1에 의해 시험편에 걸리는 상대적인 변위를 구할 수 있다. That is, when an impact force is applied to the front end of the test piece clamped to the end of the output rod, that is, the impact plate is projected on the end of the output rod, a total displacement is generated in which the moving distance and the moving distance of the output rod are added during the same time. Relative displacement on the specimen can be obtained.
상기 상대적 변위는 수학식 1에 의해 상대적인 변위를 구할 수 있다.The relative displacement can be determined by Equation (1).
(x=상대적 변위, x1=시험편 변위 x2=출력봉 이동량 변위 α: 출력봉과 시험편의 경사 측정각도)(x = relative displacement, x1 = specimen displacement x2 = output rod displacement displacement α: angle of inclination of output rod and specimen)
이에 따라 도3과 같이 고속 전단변형에 의한 동적 전단하중-전단변위 선도를 제시할 수 있다.Accordingly, the dynamic shear load-shear displacement diagram due to the high-speed shear deformation can be presented as shown in FIG.
도 3을 참조하면, y축 방향으로는 전단하중(kN)을 나타낸 것이고, x축 방향으로는 전단에 의한 시험편의 변위(mm)를 나타낸 것이며, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 금속판재의 충격 전단시험 장치를 이용한 재현성을 확인하기 위해 동일한 금속재료의 시험편(S)을 이용하여 2회의 충격 전단시험을 실시하여 얻은 결과 그래프이다.3, the shear load (kN) in the y-axis direction and the displacement (mm) of the test piece due to the shear in the x-axis direction are shown. The impact of the metal plate according to the preferred embodiment of the present invention In order to confirm the reproducibility using the shear test apparatus, the graph was obtained by performing two shock shear tests using a test piece (S) of the same metal material.
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 금속판재의 충격 전단시험 장치에 장착된 고속영상촬영기를 사용하여 얻은 일련의 고속 전단 변형과정을 나타낸 영상 사진이다.FIG. 4 is a photograph showing a series of high-speed shear deformation processes obtained by using a high-speed photographing machine mounted on an impact shear testing apparatus for a metal plate according to a preferred embodiment of the present invention.
도 4를 참조하면, 시험편 수직 상방에 설치된 고속영상촬영기(600)가 고속 충격시 경과시간에 따른 시험편의 전단 변형과정을 1-Ch에서 8-Ch로 순차적으로 영상 사진을 획득함으로써, 파단변형과 개시점을 알 수 있다.Referring to FIG. 4, the high-
즉, 도 4에 도시된 바와 같이 1-Ch에서는 상기 발사체(300)가 시험편에 타격을 가하기 전을 나타내며, 시간경과 동안 시험편에 타격이 가해짐으로서 2-Ch부터 6-Ch까지 전단변형이 되면서 7-Ch 및 8-Ch에서 시험편이 파단되는 것을 확인할 수 있다.That is, as shown in FIG. 4, in the 1-Ch, the projectile 300 shows a state before impact on the test specimen, and a shear strain is applied to the specimen during the elapse of time to cause shear deformation from 2-Ch to 6-Ch 7-Ch and 8-Ch.
본 발명에 따른 금속판재의 충격 전단시험 장치는 금속재료에 가해지는 충격력에 의해 작용하는 금속의 동적 전단 변형거동을 측정 및 관찰하여 평가하기 위한 것이다. 아울러 고 변형률속도 영역에서 전단변형은 단열 조건에서 국부적인 온도상승에 따른 소성연화 거동이 전단 띠 형성에 영향을 미치게 된다.The apparatus for testing the impact shear of a metal plate according to the present invention is for measuring, observing and evaluating dynamic shear deformation behavior of a metal acting on an impact force applied to a metal material. In addition, the shear deformation in the high strain rate region affects the shear band formation under the adiabatic condition under the local temperature rise.
특히, 본 발명에 따른 금속판재의 충격 전단시험 장치는 금속재료로부터 동적 하중신호를 검출하여 금속재료의 동적 전단 변형거동을 명확하게 측정하여 평가할 수 있도록 한 것이 특징이다.In particular, the apparatus for testing an impact shear of a metal plate according to the present invention is characterized in that dynamic shear deformation behavior of a metal material can be clearly measured and evaluated by detecting a dynamic load signal from a metal material.
이러한 특징은 시험편이 출력봉 끝단에 체결된 상태에서 에어건 내부에 삽입된 발사체가 순간적인 공기분출로 인하여 출력봉 끝단에 충격력을 가하여 시험편을 전단 파단시키는 과정에서 시간경과에 따른 동적 전단 하중신호를 검출하는 구조에 의해 달성될 수 있다.This characteristic is obtained by detecting the dynamic shear load signal over time in the process of shearing the test specimen by applying the impact force to the end of the output rod due to the momentary air ejection of the projectile inserted into the air gun with the test piece fastened to the output rod end. Lt; / RTI >
또한, 출력봉 끝단에 체결된 시험편의 수직 상방에 설치된 여러 대의 고속영상촬영기를 통해 발사체가 짧은 경과 시간(elapsed time) 간격으로 발생하는 전단변형을 속도측정시스템에서 설정된 소정의 경과시간에 따라 순차적으로 촬영한 영상 사진으로부터 시험편의 파단변형 및 개시점을 관찰할 수 있게 된다.In addition, the shear deformation occurring at elapsed time intervals of the projectile through several high-speed image capturing devices installed vertically above the test specimen fastened to the end of the output rod is sequentially measured according to the predetermined elapsed time set in the speed measuring system It is possible to observe the fracture deformation and the starting point of the test piece from the photographed image photograph.
상기 실시예는 예시적인 것에 불과한 것으로, 당해 기술분야에 대한 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양하게 변형된 다른 실시예가 가능하다. It is to be understood that the above-described embodiments are merely illustrative and that other embodiments are possible without departing from the scope of the present invention.
따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호범위에는 하기의 특허청구범위에 기재된 발명의 기술적 사상에 의해 상기의 실시예뿐만 아니라 다양하게 변형된 다른 실시예가 포함되어야 한다. Therefore, the true technical protection scope of the present invention should include not only the above embodiments but also various other modified embodiments according to the technical idea of the invention described in the following claims.
100: 에어건 200: 출력봉
220: 모멘트 트랩 240: 리니어부시
260: 스토퍼 300: 발사체
400: 하중검출센서 500: 변위측정센서
520: 제1변위측정센서 540: 제2변위측정센서
S: 시험편 100: Air gun 200: Output rod
220: Moment trap 240: Linear Bushing
260: Stopper 300: Projectile
400: Load detection sensor 500: Displacement measurement sensor
520: first displacement measuring sensor 540: second displacement measuring sensor
S: Specimen
Claims (11)
상기 에어건에 동일선상에서 수평으로 설치되고 시험편이 설치되는 출력봉(200);
상기 에어건 발사구에 내삽되고 상기 에어건의 작동에 의해 상기 시험편에 충격력을 가하는 발사체(300);
상기 출력봉에 설치되어 상기 발사체가 상기 시험편에 고속 충격력을 가할 때 상기 시험편의 전단 변형 및 파단에 따른 동적 하중신호를 검출하는 하중신호검출센서(400);
상기 시험편 인근에 설치되어 상기 발사체의 충격시 상기 시험편의 변위와 상기 출력봉의 이동량 변위를 측정하여 상기 시험편의 하중작용 방향으로 발생하는 전단시 변위에 해당하는 상대적 변위를 측정할 수 있는 변위측정센서(500);
상기 출력봉의 후단부에 수평 상태로 설치되어 동적 하중검출시 응력파 전파에 따른 대한 반사파의 입사 간섭을 최소화시키는 모멘트 트랩(220);
상기 출력봉의 외주면에 설치되어 상기 출력봉을 수평 유지 및 동일축으로 정렬시키고 상기 출력봉이 상기 발사체의 타격에 의한 고속 이동시 마찰을 줄이고 지지할 수 있는 리니어부시(240);
상기 모멘트 트랩 후측에는 상기 출력봉과 충돌에 의해 발생하는 모멘트 트랩의 운동에너지를 흡수하는 탄성재질의 홀더가 구비된 스토퍼(260);를 포함하여 구성되되,
상기 시험편은 상기 발사체에 타격이 이루어지는 타격판재와, 상기 타격판재 양측에 연장되어 상기 출력봉의 전단에 고정되는 고정판재로 이루어져 이중 전단이 이루어지는 것을 특징으로 하는 금속판재의 충격 전단시험 장치.An air gun 100 provided with a launching port;
An output rod 200 horizontally installed on the same air line and equipped with a test piece;
A projectile (300) inserted into the air gun launch port and applying an impact force to the test specimen by operation of the air gun;
A load signal detection sensor (400) installed on the output rod for detecting a dynamic load signal due to shear deformation and breakage of the test piece when the projectile applies a high impact force to the test piece;
A displacement measuring sensor installed near the test piece and measuring a displacement of the test piece and a displacement amount of the output rod when the impact of the projectile is measured to measure a relative displacement corresponding to a shear displacement occurring in a load acting direction of the test piece 500);
A moment trap (220) horizontally installed at a rear end of the output rod to minimize incident interference of a reflected wave due to a stress wave propagation in dynamic load detection;
A linear bush installed on an outer circumferential surface of the output rod to align and align the output rod horizontally and on the same axis, and to reduce and support friction when the output rod is moved at a high speed due to impact of the projectile;
And a stopper (260) having an elastic material holder for absorbing kinetic energy of a moment trap generated by a collision with the output rod at the rear side of the moment trap,
Wherein the test piece is composed of a stiffening plate on which impact is applied to the projectile and a fixed plate which is extended on both sides of the stiffening plate and fixed to the front end of the output rod so that double shearing is performed.
상기 변위측정센서는 비접촉식 고속레이저변위계인 것을 특징으로 하며, 상기 시험편의 변위를 측정하는 제1변위측정센서와, 상기 출력봉의 이동량변위를 측정하는 제2변위측정센서로 구성되고,
상기 제1변위측정센서는 상기 시험편 상부에 일정각도 경사지게 설치되고, 상기 시험편의 후단에는 상기 제1변위측정센서의 레이저빔과 대응되는 경사면이 형성되어 상기 시험편의 전단 변형시 변위를 측정가능하게 하고,
상기 제2변위측정센서는 상기 출력봉 하부에 일정각도 경사지게 설치되고, 상기 출력봉의 앞측타격부 하측에는 상기 제2변위측정센서의 레이저빔과 대응되는 경사면이 형성되어 충격시 상기 출력봉의 이동량 변위를 측정가능하게 구성되되,
상기 시험편에서 전단 변형에 의해 발생하는 전단 변위는 공식 x(t)로 이루어지는 것을 특징으로 하는 금속판재의 충격 전단시험 장치.
(x=전단 변위, x 1=시험편 변위 x 2=출력봉의 이동량 변위 α: 출력봉과 시험편의 경사 측정각도)The method according to claim 1,
Wherein the displacement measuring sensor is a non-contact type high-speed laser displacement gauge, comprising: a first displacement measuring sensor for measuring a displacement of the test piece; and a second displacement measuring sensor for measuring a displacement amount of the output rod,
The first displacement measurement sensor is installed on the upper portion of the test piece at a predetermined angle, and a slope corresponding to the laser beam of the first displacement measurement sensor is formed at a rear end of the test piece to enable measurement of displacement at the time of shear deformation of the test piece ,
The second displacement measuring sensor is disposed at an angle to the output rod at a predetermined angle. A slope corresponding to the laser beam of the second displacement measuring sensor is formed below the front striking part of the output rod, so that the displacement displacement of the output rod And is configured to be measurable,
Wherein a shear displacement caused by shear deformation in said test specimen is made by the formula x (t).
( x = shear displacement, x 1 = specimen displacement x 2 = displacement of output rod displacement α: angle of inclination of output rod and specimen)
상기 출력봉은 앞측타격부의 형상이 단차진 상부수직부, 상기 시험편이 위치하여 체결 결합되는 수평부, 하부수직부로 형성되는 것을 특징으로 하며,
상기 제1변위측정센서의 레이저빔 주사가 가능하도록 하기 위해 시험편과 맞닿는 상기 출력봉의 수평부 중앙에 레이저빔 관통로를 형성하여 시험편의 변위를 측정할 수 있고,
상기 출력봉의 하부수직부에 경사진 경사면을 형성하여 제2변위측정센서의 레이저빔이 경사진 경사면에 수직으로 주사하여 상기 출력봉의 이동량변위를 측정할 수 있는 것을 특징으로 하는 금속판재의 충격 전단시험 장치.The method of claim 3,
Wherein the output bar is formed by a top vertical portion having a shape of a front striking portion, a horizontal portion and a bottom vertical portion to which the test piece is positioned and fastened,
In order to enable laser beam scanning of the first displacement measurement sensor, a displacement of the test piece can be measured by forming a laser beam penetration path at the center of the horizontal portion of the output rod abutting the test piece,
Characterized in that a sloped surface inclined to the lower vertical portion of the output rod is formed so as to scan the inclined surface of the laser beam of the second displacement measurement sensor perpendicularly to measure the displacement of the output rod. Device.
상기 시험편의 상부에는
상기 시험편의 전단 변형과정을 촬영하는 고속영상촬영기가 설치되는 것을 특징으로 하는 금속판재의 충격 전단시험 장치.The method according to claim 1,
At the top of the test piece
And a high-speed image taking device for photographing the shear deformation process of the test piece is installed.
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