KR101954828B1

KR101954828B1 - 끼움형 난간대의 면외굽힘 시험 장치 및 그 시험 방법

Info

Publication number: KR101954828B1
Application number: KR1020180088087A
Authority: KR
Inventors: 송하철; 심천식
Original assignee: 목포대학교산학협력단
Priority date: 2018-07-27
Filing date: 2018-07-27
Publication date: 2019-06-11

Abstract

본 발명은 끼움형 난간대의 면외굽힘 시험 장치 및 그 시험 방법에 관한 것으로, 특히 본 발명에 따른 끼움형 난간대의 면외굽힘 시험 장치는 실험대의 상부 일측에 구비되어 시험편이 위치되는 장소를 제공하며, 상기 시험편에 대응되는 벽면에 수직 방향의 길이를 갖는 복수의 가이드슬릿이 형성된 메인프레임과; 상기 메인프레임의 가이드슬릿을 따라 상기 시험편의 길이에 맞게 하중 방향에 대하여 높낮이를 조절할 수 있도록 승강 가능하게 구비되며, 그 상부에는 상기 시험편이 수직으로 설치되도록 시험편의 하단부를 체결하여 고정하는 고정프레임을 갖는 승강브라켓과; 상기 메인프레임에 대응하여 상기 실험대의 상부 일측에 설치되며, 상단부에 와이어롤러를 갖는 휠브라켓의 하단부를 착/탈 가능하게 바이스하는 유압척과;상기 와이어롤러를 통해 상기 시험편의 상단부에서 수평 방향과 연직 방향으로 연결 설치된 와이어를 연직 방향의 인장력(tensile force)을 가하여 상기 시험편의 상단부를 수평으로 잡아 당겨 시험편의 면외굽힘을 시험하는 MTS동적시험기;를 포함하여 구성되며, 상기 고정프레임은, 승강브라켓의 상부에 체결 설치되는 바닥부재; 상기 바닥부재와 수직으로 설치되는 수직부재; 및 상기 수직부재 일측에 구비되어 상기 시편이 삽입될 수 있도록 설치되는 삽입공을 갖는 고리부재;가 일체로 구성된 것을 특징으로 한다.

Description

끼움형 난간대의 면외굽힘 시험 장치 및 그 시험 방법 {Out-of-plane bending test device and its testing method for fitted handrails}

본 발명은 끼움형 난간대의 면외굽힘 시험 장치 및 그 시험 방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 조선소 비계 설치에 따른 족장 기자재에 대하여 원가 절감을 위한 새로운 족장 치공구 설계 기준 확립의 기반이 되는 치공구 최종강도 해석기술의 확보와 더불어, 족장 치공구 안전하중 표준화에 필요한 기초 자료의 확보할 수 있는 끼움형 난간대의 면외굽힘 시험 장치 및 그 시험 방법에 관한 것이다.

일반적으로 비계(飛階: 건축공사나 조선공사 등에 고소작업 시 재료운반 이나 작업자의 통로 및 작업을 위한 족장이 마련된 임시 가설물.)에 설치되는 족장은 건설현장의 건물 외부나 조선소 등의 비교적 높은 위치에서 각종 다양한 종류의 작업을 하기 위해서 비계가 설치된 적정위치에 작업을 용이하게 하기 위해 작업자가 올라가서 자유롭게 작업 할 수 있도록 설치되는 패널 또는 플레이트 등의 가설물로서, 산업안전보건법 산업안전기준에 관한 규칙 제 439 조에 의하면, 업주는 2미터 이상인 장소에 작업을 함에 있어서, 근로자에게 추락 위험을 미칠 우려가 있을 때에는 비계를 조립하는 등의 방법에 의해 족장(일명 작업발판이라고 함)을 설치하여야 한다고 규정하고 있다.

이러한 족장은 그 용도에 따라 취급이나 운반 등의 용이성을 보장하기 위해 직사각형 형상의 플레이트로 규격을 소형으로 구성하여 현장에서 작업의 여건이나 기타 장소에 따라 족장의 크기가 비교적 커야 할 경우는 개별로 된 각각의 플레이트를 볼트나 기타 연결핀 등의 체결수단으로 연결하여 사용하는 경우가 대부분이다.

상기 족장은 플레이트를 연속적으로 연결하여 규격을 크게 할 경우는 원하는 개수만큼 연결하여 사용하고, 공간이 좁을 경우나 간단한 작업 등의 경우는 단일의 족장만 비계에 설치하여 사용하게 된다.

즉, 족장을 설치하기 위해서는 벽면에 부착되어 있는 앵글 타입의 론지(longi)에 고정하기 위한 엣지훅을 필요로 하게 되고, 상기 엣지훅이 고정된 훅플레이트의 하단부에 스틸바를 설치하여 파이프는 물론, 족장지지대, 족장발판, 핸드레일 지지대 등의 단품 및 조합으로 구성된 다양한 형상의 족장 치공구(治工具 - 어떤 물건을 고정할 때 사용하는 공구를 통틀어 이르는 말)가 제공된다.

이에 대하여, 특허문헌 1은 그림 1과 같이, 선박의 내벽 또는 외벽에 설치되는 지그; 상기 지그의 일측이 수직결합되도록 하부가 개방된 결합홈을 구비하고 족장브래킷의 일측단에 일체로 연결설치되는 클램프; 상기 지그가 클램프의 결합홈으로부터 이탈이 방지되도록 또한, 결합홈내로 끼워진 지그 하부에 위치하도록 결합홈을 관통하여 클램프에 설치되는 이탈방지구를 포함하고, 상기 클램프는 일측에 족장브래킷의 일측단이 수직으로 삽입되는 끼움홈을 구비하고, 상기 족장브래킷과 클램프는 고정구에 의해 일체로 결합하여 그 위에 족장발판을 가설하여 사용하는 조립식 족장 지지장치가 개시되어 있다.

또한, 선박의 고소작업은 물론 일반 건축에도 특허문헌 2와 같이, 적용되는 비계에 경우 서로 교차되는 파이프를 일체로 고정하여 비계를 설치하는 비계용 클랜프가 통상적으로 제공되고 있으며, 현재 많이 사용되고 있다.

따라서, 족장의 설치작업은 선박 내/외부의 고소작업(high place work, 高所作業)이 가능할 수 있도록 통로 및 계단을 설치하는 것으로, 족장 부품의 파손은 인명사고와 직결된다.

한편, 최근에는 조선소 현장 내에서 발생하는 안전사고에 대한 경각심이 커짐에 따라, 선주사로부터 족장과 관련된 다양한 요구사항과 검사 강화를 요구 받고 있는 실정이다.

다시 말해, 선박 건조 시 안전 문제에 가장 큰 비중을 차지하는 족장은 안전하고 효율적으로 가설하여 전(全) 생산 근로자가 안전하게 고소작업을 할 수 있도록 하여야 하며, 특히, 족장 작업자 자신의 안전도 담보를 최우선으로 하여야 한다.

따라서, 다양한 족장 치공구 중 대표적인 품목에 대하여 현장 사용 조건에 맞춰 최종강도 시험을 수행하여, 족장 치공구 안전하중 표준화에 필요한 기초 자료의 확보가 요구된다.

아울러, 탄소성 유한요소해석을 통해 그 결과를 비교 검증함으로써 족장 기자재의 원가 절감을 위한 새로운 족장 치공구 설계 기준 확립의 기반이 되는 치공구 최종강도 해석기술의 확보가 요구된다.

KR 20-2014-0002354 U KR 20-0201539 Y1

상기한 문제점을 해결하기 위하여 본 발명은 다양한 족장 치공구 중 대표적인 품목에 대하여 현장 사용 조건에 맞춰 최종강도 시험을 수행과 함께 탄소성 유한요소해석을 통해 그 결과를 비교 검증함으로써, 조선소 비계 설치에 따른 족장 기자재에 대하여 원가 절감을 위한 새로운 족장 치공구 설계 기준 확립의 기반이 되는 치공구 최종강도 해석기술의 확보와 더불어, 족장 치공구 안전하중 표준화에 필요한 기초 자료를 확보할 수 있는 끼움형 난간대의 면외굽힘 시험장치 및 그 시험방법을 제공하는데 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 실험대의 상부 일측에 구비되어 시험편이 위치되는 장소를 제공하며, 상기 시험편에 대응되는 벽면에 수직 방향의 길이를 갖는 복수의 가이드슬릿이 형성된 메인프레임; 상기 메인프레임의 가이드슬릿을 따라 상기 시험편의 길이에 맞게 하중 방향에 대하여 높낮이를 조절할 수 있도록 승강 가능하게 구비되며, 그 상부에는 상기 시험편이 수직으로 설치되도록 시험편의 하단부를 체결하여 고정하는 고정프레임을 갖는 승강브라켓; 상기 메인프레임에 대응하여 상기 실험대의 상부 일측에 설치되며, 상단부에 와이어롤러를 갖는 휠브라켓의 하단부를 착/탈 가능하게 바이스하는 유압척; 및 상기 와이어롤러를 통해 상기 시험편의 상단부에서 수평 방향과 연직 방향으로 연결 설치된 와이어를 연직 방향의 인장력(tensile force)을 가하여 상기 시험편의 상단부를 수평으로 잡아 당겨 시험편의 면외굽힘을 시험하는 MTS동적시험기;를 포함하여 구성되며, 상기 고정프레임은, 승강브라켓의 상부에 체결 설치되는 바닥부재; 상기 바닥부재와 수직으로 설치되는 수직부재; 및 상기 수직부재 일측에 구비되어 상기 시편이 삽입될 수 있도록 설치되는 삽입공을 갖는 고리부재;가 일체로 구성된 것을 특징으로 할 수 있다.

또한, 상기 시험편의 상단부와 와이어롤러 사이에는, 상기 와이어를 통해 가해지는 상기 시험편의 하중 정보를 추가로 검출하는 로드셀을 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.

또한, 상기 메인프레임의 상부 일 부분에는, 상기 MTS동적시험기를 통해 면외굽힘을 시험할 때, 상기 시험편의 구부러지는 정도의 변위 정보를 추가로 검출하는 변위센서가 더 구비되는 것을 특징으로 할 수 있다.

또한, 끼움형 난간대의 면외굽힘 시험장치를 이용한 끼움형 난간대의 면외굽힘 시험방법에 있어서, 승강브라켓의 상부에 고정 설치된 고정프레임의 고리부재에 시험편의 끼움부를 끼움 결합하여 상기 시험편을 수직으로 기립 설치하여 준비하는 준비단계; 메인프레임의 가이드슬릿을 따라 상기 승강브라켓을 승강 조절하여 상기 시험편의 상단부 및 휠브라켓이 와이어롤러와 수평을 이루는 위치를 결정하도록 상기 승강브라켓의 승강을 조절하는 조절단계; 상기 시험편의 상단부를 시작으로 상기 휠브라켓의 와이어롤러를 따라 상기 휠브라켓의 연직 상부에 위치된 MTS동적시험기에 와이어를 연결하는 연결단계; 상기 시험편에 대하여 변위제어 모드(Displacement control mode)로 수행되는 상기 MTS동적시험기의 연직 운동을 통해 상기 와이어와 상기 와이어에 연결된 상기 시험편의 상단부를 수평 방향으로 당겨 상기 시험편에 나타나는 변위와 상기 시험편이 받는 하중 데이터를 측정하는 시험단계; 및 상기 시험단계에서 측정된 데이터를 데이터수집시스템에 전송 수집하여 데이터베이스를 구축하는 저장단계;를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.

또한, 상기 시험단계는, 상기 MTS동적시험기가 상기 와이어에 하중을 작용하여 상기 와이어에 연결된 시험편의 상단부가 수평방향으로 당겨지는 하중을 받는 가압공정; 상기 가압공정에 의해 상기 시험편의 굽어지는 정도를 변위센서가 측정하는 변위측정공정; 상기 가압공정에 의해 상기 시험편이 받는 하중을 로드셀이 측정하는 하중측정공정;을 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.

상기와 같이 구성된 본 발명을 제공함으로써, 조선소 비계 설치에 따른 족장 기자재에 대하여 원가 절감을 위한 새로운 족장 치공구 설계 기준 확립의 기반이 되는 치공구 최종강도 해석기술의 확보와 더불어, 족장 치공구 안전하중 표준화에 필요한 기초 자료를 확보하는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 끼움형 난간대의 면외굽힘 시험 장치를 나타내는 구성도이다.
도 2는 본 발명에 따른 끼움형 난간대의 면외굽힘 시험 장치에서 메인프레임, 승강브라켓, 고정프레임을 나타내는 일부 구성도이다.
도 3은 본 발명에 따른 끼움형 난간대의 면외굽힘 시험 장치의 고정프레임에 장착된 시험편을 나타내는 도이다.
도 4는 본 발명에 따른 끼움형 난간대의 면외굽힘 시험 방법을 나타내는 블럭도이다.
도 5는 본 발명에 따른 끼움형 난간대의 면외굽힘 시험 방법의 시험단계를 나타내는 블럭도이다.
도 6은 본 발명에 따른 끼움형 난간대의 면외굽힘 시험 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 7은 본 발명에 따른 끼움형 난간대의 면외굽힘 시험 방법에 사용된 유한요소해석법의 상세 설정을 나타내는 표이다.
도 8은 본 발명에 따른 끼움형 난간대의 면외굽힘 시험 방법의 분석 결과의 다이어그램을 나타내는 도이다.
도 9는 본 발명에 따른 끼움형 난간대의 면외굽힘 시험 방법에서 유한요소해석을 이용한 시험편의 해석을 나타내는 도이다.
도 10은 본 발명에 따른 끼움형 난간대의 면외굽힘 시험장치의 하중작용 전 상태를 나타낸 상태도이다.
도 11은 본 발명에 따른 끼움형 난간대의 면외굽힘 시험 장치의 테스트 후 상태를 상태도이다.

이하, 본 발명에 대하여 동일한 기술분야에 속하는 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 첨부도면을 참조하여 바람직한 실시 예를 상세하게 설명하기로 한다.

선박의 선박 또는 내/외벽에 형성된 앙카볼트에 체결되어 수직 또는 수평으로 연장 설치되는 끼움형 난간대에 대하여 면외굽힘을 측정하고자 한다.

본 시험은 끼움형 난간대의 면외굽힘 시험장치로서 본 시험에 사용되는 시험편(300)은 하단부에 돌기형태로 꺽여 있는 끼움부(310)를 구비하여 상기 끼움부(310)가 시험장치에 끼워진 상태로 고정되는 특징이 있다.

상기 시험편(300)의 재질로는 S.G.P, standard(대조군)시험편의 SS400 및 experiment(시험군) 시험편의 SS400 을 사용할 수 있다.

또한, 상기 세가지 재질의 시험편(300)은 탄성모튤 20600, 프와송비 0.3 으로 이루어지는 특징이 있다.

또한, 상기 시험편 중 S.G.P 의 경우 항복응력은 145, 최종응력은 290을 나타내고, standard(대조군) SS400의 경우 항복응력 245, 최종응력 400 을 나타내며, experiment(시험군) SS400 의 경우 항복응력 305, 최종응력 427 을 나타내고 있다.

본 발명의 시험편(300)은 동일한 형상과 재질을 갖는 서로 다른 시험편(300)을 3회 이상 반복하여 시험할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 끼움형 난간대의 면외굽힘 시험 장치의 구성도이고, 도 2는 본 발명에 따른 끼움형 난간대의 면외굽힘 시험 장치에서 메인프레임, 승강브라켓, 고정프레임을 나타내는 일부 구성도이며, 도 3은 본 발명에 따른 끼움형 난간대의 면외굽힘 시험 장치의 고정프레임에 장착된 시험편을 나타내는 도이다.

구체적으로, 끼움형 난간대의 면외굽힘 시험 장치는 도 1 및 도 2에서 도시된 바와 같이 메인프레임(120), 승강브라켓(130), 유압척(160), MTS동적시험기(170), 로드셀(180) 및 변위센서(190)를 포함할 수 있다.

상기 메인프레임(120)은 실험대(110)의 상부 일측에 구비되어 시험편(300)이 위치되는 장소를 제공하는 것으로 가이드슬릿(124), 바닥몸체(121), 벽면몸체(123) 및 이음판(125)을 포함할 수 있다.

상기 가이드슬릿(124)은 상기 벽면몸체(123)를 이루고 있는 벽면 중 시험편(300)에 대응되는 벽면에 복수개로 구비되고, 수직 방향의 길이를 갖는 형상일 수 있다.

또한, 상기 가이드슬릿(124)은 상기 시험편(300)에 길이에 맞게 하중 방향에 대하여 높낮이를 조절할 수 있도록 승강이 가능하게 구비될 수 있다.

상기 바닥몸체(121)는 실험대에 착/탈이 가능하게 설치될 수 있다.

상기 벽면몸체(123)는 상기 바닥몸체(121)의 일측에 수직 설치될 수 있다.

상기 이음판(125)은 상기 바닥몸체(121) 및 상기 벽면몸체(123)가 한 몸을 룰 수 있도록 일측에 설치되어 상기 메인프레임(120)의 격벽을 이루는 것이다.

상기 승강브라켓(130)은 도 2에 도시된 바와 같이 상기 시험편(300)을 고정하는 고정프레임(140) 및 가이드돌기(미도시)를 포함할 수 있다.

상기 고정프레임(140)은 바닥부재(141), 수직부재(142) 및 고리부재(143)를 포함할 수 있다.

상기 바닥부재(141)는 판 형상으로 상기 승강브라켓(130)의 상부에 볼팅체결하여 설치될 수 있다.

상기 수직부재(142)는 상기 바닥부재(141) 상단에 수직으로 볼팅체결되어 설치되는 것으로 판형상일 수 있다.

상기 고리부재(143)는 상기 수직부재(142) 일측에 설치되어 상기 시험편(300)의 끼움부가 삽입될 수 있도록 상하방이 개방된 삽입공을 갖는 구조일 수 있다.

또한, 상기 고리부재(143)는 상기 시험편(300)의 끼움부(310)가 끼워진 상태로 상기 시험편(300)이 고정될 수 있도록 상기 고리부재(143)의 삽입공이 상기 시험편의 끼움부(310)와 동일 또는 유사한 크기로 구성될 수 있다.

상기 가이드돌기(미도시)는 상기 승강브라켓(130)의 후면에 돌출 형성되는 것으로 상기 벽면몸체(123)에 형성된 가이드슬릿(121)에 삽입되는 구조일 수 있다.

또한, 상기 가이드돌기(미도시)에는 체결수단이 체결되어 있으며, 상기 체결수단은 상기 벽면몸체(123)와 상기 승강브라켓(130)을 일체로 체결하여 상기 벽면몸체(123)와 상기 승강브라켓(130)을 선택적으로 한 몸을 이루게 할 수 있다.

상기 유압척(160)은 상단부에 와이어룰러(151)를 갖는 휠브라켓(150)의 하단부를 착탈 가능하게 바이스 하는 것이다.

또한, 상기 유압척(160)은 상기 메인프레임(120)에 대응하여 상기 시험대(110)의 상부 일측에 설치될 수 있다.

상기 MTS동적시험기(170)는 상기 시험편(110)의 상단부를 수평으로 잡아당겨 상기 시험편(110)의 면외굽힘을 시험하기 위한 시험하중을 제공하는 것이다.

시험하중(test load, 試驗荷重)은 재료의 기계적 성질을 조사하는 각종 재료 시험 또는 기계부품 및 구조 물의 강도 시험에 있어서, 피계측물(被計測物)에 가해지는 지정된 크기의 하중을 말한다.

또한 상기 MTS동적시험기(170)는 상기 시험편(300)의 상단부에서 수평 방향과 연직 방향으로 연결 설치된 와이어(171)를 상기 와이어룰러(151)를 통해 연직 방향의 인장력(tensileforce)을 가하여 상기 시험편(300)의 상단부를 수평으로 잡아당기게 하는 것이다.

또한, 본 시험에서 상기 MTS동적시험기(170)는 허용하중 1000kN 이며, Width between column 이 1000mm 인 특징이 있다.

또한, 상기 MTS동적시험기(170)는 등하중 1000kN/220kip 이며, 정하중 1200kN/264kip 인 특징이 있다.

또한, 상기 MTS동적시험기(170)는 이장, 압축, 3점굽힘시험 및 피로테스트에 사용되는 것이다.

또한, 상기 MTS동적시험기(170)는 처짐, 하중 및 strain 을 제어할 수 있는 특징이 있다.

상기 로드셀(180)은 상기 와이어(171)를 통해 가해지는 상기 시험편(300)의 하중 정보를 추가로 검출하는 것이다.

또한, 상기 로드셀(180)은 상기 시험편(300) 상단부와 상기 와이어룰러(151) 사이에 설치될 수 있다.

즉, 상기 로드셀(180)은 상기 시험편(300)의 상단부와 와이어롤러(151) 사이에 수평 방향으로 위치되는 와이어(171)가 상기 로드셀(180)을 통과하면서 MTS동적시험기(170)에 의해 주어진 시험하중에 대해 시험편(300)에 가장 가까운 곳에서 하중의 정확도를 확인할 수 있는 것이다.

로드셀은 콘크리트나 철근 등의 재료·시험체의 역학적 성질을 시험하는 측정기기의 일종으로, 하중의 측정기구는 원통형의 강재에 선 변형 게이지를 부착하고, 힘을 가하여 생기는 축방향의 변형을 측정하여 하중으로 환산하는 것이다.

본 시험에서 상기 로그셀(180)은 MTS 50kN 로드셀을 사용할 수 있다.

상기 변위센서(190)는 상기 MTS동적시험기(170)를 통해 면외굽힘을 시험할 때, 상기 시험편(300)의 일 부분에 구부러지는 변위 정보를 검출하는 센서이다.

또한, 상기 변위센서(190)는 상기 메인프레임(120)의 상부 일 부분에 설치될 수 있다.

변위센서(190)는 변위를 재는 계측기로서, 변형이나 길이, 거리, 위치, 두께, 깊이 및 각도등의 센서와 같은 수법이 사용되고, 저항과 인덕턴스 또는 용량의 변화로서 검출하는 것이 많다.

또한, 정밀한 것은 광파간섭을 사용하는 것이 있다.

본 시험에서의 변위센서(190)는 LVDT(The linear variable differential transformer)를 사용한다.

상기 LVDT는 선형 거리 차이를 측정하는 전기적 변환기의 형태를 말하는데 3개의 솔레노이드 코일이 튜브를 둘러싼 형태로 위치하고 있다.

가운데 코일이 메인이며 나머지 두 개는 바깥에 위치하고 있으며, 실린더 형태의 자석 코어가 튜브 중심을 따라 이동하면서 측정 대상의 위치값을 알려주게 되는 것이다.

본 시험에서 상기 LVDT는 허용 측정값이 100mm인 CDP-100을 사용할 수 있다.

또한, 기준감도가 100×10-6 strain/min 이고, 정격출력은 5mV/V±0.1% 인 것을 특징으로 할 수 있다.

또한, 상기 변위센서(190)는 접촉식 변위센서를 사용할 수도 있으나 레이저를 이용한 비접촉식 변위센서를 동일하게 사용할 수 있다.

도 4는 본 발명에 따른 끼움형 난간대의 면외굽힘 시험방법을 나타내는 블럭도이고, 도 5는 본 발명에 따른 끼움형 난간대의 면외굽힘 시험방법의 시험단계를 나타내는 블럭도이다.

상기와 같이 구성된 본 발명의 끼움형 난간대의 면외굽힘 시험장치를 이용한 끼움형 난간대의 면외굽힘 시험방법은 도 4에서 도시된 바와 같이 준비단계(S100), 조절단계(S200), 연결단계(S300), 시험단계(S400) 및 저장단계(S500)를 포함할 수 있다.

구체적으로, 상기 준비단계(S100)는 상기 승강브라켓(130)의 상부에 고정 설치된 고정프레임(140)의 고리부재(143)에 상기 시험편(300)의 끼움부를 끼움 결합하여 상기 시험편(300)을 수직으로 기립 설치하는 단계일 수 있다.

즉, 상기 시험편(300)은 하단부에 상기 시험편(300)이 꺽여서 형성된 끼움부(310)를 포함하고, 상기 고리부재(143)에는 일정 크기의 삽입공을 포함하여, 상기 준비단계(S100)는 상기 끼움부(310)가 상기 삽입공에 삽입됨으로써 상기 시험편(300)이 상기 고정프레임(140)에 고정되는 것일 수 있다.

또한, 상기 준비단계(S100)에서 상기 삽입공과 상기 끼움부(310)의 크기가 동일 또는 유사하게 구성되어 고정프레임(140)에 끼워진 상기 시험편(300)이 안정되게 기립 설치될 수 있도록 하는 특징이 있다.

상기 조절단계(S200)는 상기 메인프레임(120)의 가이드슬릿(121)을 따라 상기 승강브라켓(130)을 승강 조절하여 시험편(300)의 상단부와 상기 휠브라켓(150)을 와이어룰러(151)와 동일 위치로 조절하는 단계일 수 있다.

즉, 상기 조절단계(S200)는 상기 시험편(300)의 상단부와 상기 와이어룰러(151)에 연결된 와이어(171)가 수평으로 위치하도록 상기 승강브라켓(130)의 높이를 조절하는 것이다.

또한, 상기 조절단계(S200)는 상기 시험편(300)의 길이가 현장상황에 따라 다앙하게 적용될 수 있는 점을 고려한 것으로 다양한 길이의 시험편(300)의 시험이 가능하도록 하는 것이다.

상기 연결단계(S300)는 상기 휠브라켓(150)의 연직 상부에 위치한 MTS동적시험기(170)에 와이어(171)를 연결하는 단계일 수 있다.

또한, 상기 연결단계(S300)에서 상기 와이어(171)는 상기 시험편(300)의 상단부를 시작으로 상기 휠브라켓(150)의 와이어룰러(151)를 걸쳐 MTS동적시험기(170)로 연결될 수 있다.

즉, 상기 와이어(171)는 시험편(300) 상단부 - 휠브라켓(150)의 와이어룰러(151) - MTS동적시험기(170)로 연결되는 'L'자 형상으로 형성되는 것이다.

상기 시험단계(S400)는 도 5에 도시된 바와 같이 가압공정(S410), 변위측정공정(S420) 및 하중측정공정(S430)을 포함할 수 있다.

상기 가압공정(S410)은 상기 MTS동적시험기(170)가 연직운동을 통해 상기 와이어(171)에 하중을 작용하고, 이렇게 작용한 하중에 의해 상기 와이어(171)에 연결된 시험편(300)의 상단부가 수평방향으로 당겨지는 하중을 받는 공정일 수 있다.

또한, 상기 가압공정(S410)은 상기 가압공정(S410)에서 상기 시험편(300)에 대하여 변위제어모드를 수행하는 특징이 있다.

상기 변위측정공정(S420)은 상기 가압공정(S410)에서 상기 와이어(171)에 의해 상기 시험편(300)의 상단부가 수평방향으로 위치가 변경되면서 상기 시험편(300)의 굽어지는 정도에 따른 변위를 상기 변위센서(190)가 측정하는 공정일 수 있다.

또한, 본 시험에서 상기 변위의 최대값은 250mm 인 것을 특징으로 할 수 있다.

상기 하중측정공정(S430)은 상기 가압공정(S410)에 의해 상기 시험편(300)이 받는 하중을 상기 로드셀(180)이 측정하는 공정이다.

또한, 상기 하중측정공정(S430)은 상기 시험편(300)의 변위값이 최대 250mm 일 때까지 상기 시험편(300)이 받는 하중을 측정하는 것이다.

상기 시험단계(S400)는 최대 변위값이 250mm 로 나타날 때까지 3번의 반복시험을 실시하는 것을 특징으로 할 수 있다.

상기 저장단계(S500)는 상기 변위센서(190)가 측정한 변위값과 상기 로드셀(180)에서 측정한 하중값을 데이터수집시스템(200)에 전송하여 데이터베이스를 구축하는 단계일 수 있다.

본 시험에서의 상기 데이터수집시스템(200)은 National Instruments 사의 시스템을 사용한다.

또한, 상기 데이터수집시스템(200)은 Strain 은 SCXI-1520 이며, Temperature는 SCXI-1102 일 수 있으며, Acceleration 는 SCXI-1531일 수 있다.

또한, 상기 데이터수집시스템(200)은 컴퓨터프로그램일 수 있고, 별도의 장치 일 수 있다.

또한, 본 시험은 탄소성 분석으로 유한요소해석법을 사용할 수 있다.

또한, 유한요소해석법을 사용하는 경우 상기 시험편(300)은 대조군과 시험군을 설정하여 각각 해석할 수 있다.

본 발명에서 사용된 상기 시험편(300)의 대조군과 시험군의 설정은 상기한 바와 같다.

도 7은 본 발명에 따른 끼움형 난간대의 면외굽힘 시험방법에 사용된 유한요소해석법의 상세 설정을 나타내는 표이다.

본 발명에서 사용된 유한요소해석법의 상세 설정은 도 7에 도시된 바와 같다.

도 6은 본 발명에 따른 끼움형 난간대의 면외굽힘 시험방법을 나타내는 흐름도이다.

구체적으로, 본 발명에 따른 끼움형 난간대의 면외굽힘 시험방법은 도 6에 도시된 바와 같이 끼움형 난간대의 면외굽힘 시험장치(100)를 설치한 후, MTS동적시험기(170)에서 시험편(300)에 하중을 작용하고, 상기 시험편(300)에서 나타나는 변위값을 변위센서(190)에서 측정하며, 각 변위에서 상기 시험편(300)이 받는 하중값을 로드셀(180)이 측정하고, 이렇게 측정된 측정 데이터를 데이터수집시스템(200)에 전송함으로써 상기 데이터수집시스템(200)에서 본 시험에 대한 데이터베이스를 구축하는 것이다.

도 8은 본 발명에 따른 끼움형 난간대의 면외굽힘 시험방법의 분석 결과의 다이어그램을 나타내는 도이고, 도 9는 본 발명에 따른 끼움형 난간대의 면외굽힘 시험방법에서 유한요소해석을 이용한 시험편의 해석을 나타내는 도이다.

구체적으로, 도 8은 상기 면외굽힘 시험에서 나타난 상기 시험편(300)의 응력지수를 시각화하여 나타낸 도이다.

상기 그래프는 상 방향으로 갈수록 응력지수가 증가하는 것을 의미하고, 하 방항으로 갈수록 응력지수가 감소하는 것을 의미하는 것이다.

도 9는 본 발명의 일 실시예에서 상기 시험편(300)에 가해지는 하중과 상기 시험편(300)의 변형정도를 나타내는 그래프일 수 있다.

상기 그래프는 x축을 상기 시험편의 변형정도로 설정하고, y축을 상기 시험편에 가해지는 하중값으로 설정하여 하중에 따른 상기 시험편의 변형정보를 비교분석할 수 있도록 하는 것이다.

또한, 상기 그래프에서 상기 시험편(300)의 변형정도에 대한 곡선의 곡률이 급격히 변하는 지점의 하중을 최종강도로 설정할 수 있다.

또한, 상기 그래프를 비교분석 함으로써 상기 시험편(300)의 탄성변형 지점과 소성변형 지점을 구분하고 이에 따른 상기 시험편(300)의 최종강도를 분석할 수 있게 된다.

또한, 상기 시험편(300)의 안전율은 상기 시험편(300)의 최종강도를 상기 탄성변형과 소성변형의 경계점에서 가해지는 하중으로 나눈 값으로 산출할 수 있다.

도 10은 본 발명에 따른 끼움형 난간대의 면외굽힘 시험 장치의 하중작용 전 상태를 나타낸 상태도이고, 도 11은 본 발명에 따른 끼움형 난간대의 면외굽힘 시험 장치의 테스트 후 상태를 나타낸 상태도이다.

상기와 같이 장치 및 방법으로 이루어진 본 발명을 제공함으로써, 조선소 비계 설치에 따른 족장 기자재에 대하여 원가 절감을 위한 새로운 족장 치공구 설계 기준 확립의 기반이 되는 치공구 최종강도 해석기술의 확보와 더불어, 족장 치공구 안전하중 표준화에 필요한 기초 자료를 확보하는 효과가 있다.

이상에 설명한 본 명세서 및 청구범위에 사용되는 용어 및 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 본 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

따라서, 본 명세서에 기재된 도면 및 실시 예에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 하나의 실시 예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것이 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

100 : 면외굽힘 시험장치
110 : 실험대
120 : 메인프레임
121 : 바닥몸체
123 : 벽면몸체
124 : 가이드슬릿
125 : 이음판
130 : 승강브라켓
140 : 고정프레임
141 : 바닥부재
142 : 수직부재
143 : 고리부재
150 : 휠브라켓
151 : 와이어룰러
160 : 유압척
170 : MTS동적시험기
171 : 와이어
180 : 로드셀
190 : 변위센서
200 : 데이터수집시스템
300 : 시험편
310 : 끼움부
S100 : 준비단계
S200 : 조절단계
S300 : 연결단계
S400 : 시험단계
S410 : 가압공정
S420 : 변위측정공정
S430 : 하중측정공정
S500 : 저장단계

Claims

실험대의 상부 일측에 구비되어 시험편이 위치되는 장소를 제공하며, 상기 시험편에 대응되는 벽면에 수직 방향의 길이를 갖는 복수의 가이드슬릿이 형성된 메인프레임과;
상기 메인프레임의 가이드슬릿을 따라 상기 시험편의 길이에 맞게 하중 방향에 대하여 높낮이를 조절할 수 있도록 승강 가능하게 구비되며, 그 상부에는 상기 시험편이 수직으로 설치되도록 시험편의 하단부를 체결하여 고정하는 고정프레임을 갖는 승강브라켓과;
상기 메인프레임에 대응하여 상기 실험대의 상부 일측에 설치되며, 상단부에 와이어롤러를 갖는 휠브라켓의 하단부를 착/탈 가능하게 바이스하는 유압척과;
상기 와이어롤러를 통해 상기 시험편의 상단부에서 수평 방향과 연직 방향으로 연결 설치된 와이어를 연직 방향의 인장력(tensile force)을 가하여 상기 시험편의 상단부를 수평으로 잡아 당겨 시험편의 면외굽힘을 시험하는 MTS동적시험기;를 포함하여 구성되며,
상기 고정프레임은,
승강브라켓의 상부에 체결 설치되는 바닥부재;
상기 바닥부재와 수직으로 설치되는 수직부재; 및
상기 수직부재 일측에 구비되어 상기 시험편이 삽입될 수 있도록 설치되는 삽입공을 갖는 고리부재;가 일체로 구성되고,
상기 메인프레임은 상기 실험대에 착탈 가능하게 설치되는 바닥몸체와, 바닥몸체의 일측에 수직 설치되고 상기 가이드슬릿이 형성된 벽면몸체로 구성되고,
상기 승강브라켓은 후면에 상기 가이드슬릿에 대응하는 가이드돌기가 돌출 형성되고, 상기 가이드돌기에 체결되는 체결수단이 상기 벽면몸체와 승강브라켓을 일체로 체결하는 것을 특징으로 하는 끼움형 난간대의 면외굽힘 시험 장치.
제 1항에 있어서,
상기 시험편의 상단부와 와이어롤러 사이에는,
상기 와이어를 통해 가해지는 상기 시험편의 하중 정보를 추가로 검출하는 로드셀을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 끼움형 난간대의 면외굽힘 시험 장치.
제 1항에 있어서,
상기 메인프레임의 상부 일 부분에는,
상기 MTS동적시험기를 통해 면외굽힘을 시험할 때, 상기 시험편의 구부러지는 정도의 변위 정보를 추가로 검출하는 변위센서를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 끼움형 난간대의 면외굽힘 시험 장치.
청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 따른 끼움형 난간대의 면외굽힘 시험 장치를 이용한 끼움형 난간대의 면외굽힘 시험 방법에 있어서,
승강브라켓의 상부에 고정 설치된 고정프레임의 고리부재에 시험편의 끼움부를 끼움 결합하여 상기 시험편을 수직으로 기립 설치하여 준비하는 준비단계;
메인프레임의 가이드슬릿을 따라 상기 승강브라켓을 승강 조절하여 상기 시험편의 상단부 및 휠브라켓이 와이어롤러와 수평을 이루는 위치를 결정하도록 상기 승강브라켓의 승강을 조절하는 조절단계;
상기 시험편의 상단부를 시작으로 상기 휠브라켓의 와이어롤러를 따라 상기 휠브라켓의 연직 상부에 위치된 MTS동적시험기에 와이어를 연결하는 연결단계;
상기 시험편에 대하여 변위제어 모드(Displacement control mode)로 수행되는 상기 MTS동적시험기의 연직 운동을 통해 상기 와이어와 상기 와이어에 연결된 상기 시험편의 상단부를 수평 방향으로 당겨 상기 시험편에 나타나는 변위와 상기 시험편이 받는 하중 데이터를 측정하는 시험단계; 및
상기 시험단계에서 측정된 데이터를 데이터수집시스템에 전송 수집하여 데이터베이스를 구축하는 저장단계;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 끼움형 난간대의 면외굽힘 시험 방법.
제 4항에 있어서,
상기 시험단계는,
상기 MTS동적시험기가 상기 와이어에 하중을 작용하여 상기 와이어에 연결된 시험편의 상단부가 수평방향으로 당겨지는 하중을 받는 가압공정;
상기 가압공정에 의해 상기 시험편의 굽어지는 정도를 변위센서가 측정하는 변위측정공정; 및
상기 가압공정에 의해 상기 시험편이 받는 하중을 로드셀이 측정하는 하중측정공정;
을 포함하는 것을 특징으로 하는 끼움형 난간대의 면외굽힘 시험 방법.