KR102036608B1 - 직렬일체형 충격 시험 장치 및 그 장치의 설계 방법을 실행시키기 위한 애플리케이션 프로그램 - Google Patents

직렬일체형 충격 시험 장치 및 그 장치의 설계 방법을 실행시키기 위한 애플리케이션 프로그램 Download PDF

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KR102036608B1 KR1020180035145A KR20180035145A KR102036608B1 KR 102036608 B1 KR102036608 B1 KR 102036608B1 KR 1020180035145 A KR1020180035145 A KR 1020180035145A KR 20180035145 A KR20180035145 A KR 20180035145A KR 102036608 B1 KR102036608 B1 KR 102036608B1
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Abstract

본 발명은 직렬일체형 충격 시험 장치 및 그 장치의 설계 방법을 실행시키기 위한 애플리케이션 프로그램에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 에어 스프링 역할을 하는 공압실린더-피스톤을 상부에, 댐퍼 역할을 하는 점성유체부를 하부에 구비하고, 공압실린더 내 기체와 유체의 접촉면에 분리막을 구비하여 에어스프링-댐퍼를 일체형으로 구성한 직렬일체형 충격 시험 장치 및, 그러한 직렬일체형 충격 시험 장치의 설계 방법을 실행시키기 위한 비일시적 매체에 저장된 애플리케이션 프로그램에 관한 것이다.
본 발명에 의하면, 스프링 역할을 하는 공압실린더-피스톤을 상부에, 댐퍼 역할을 하는 점성유체부를 하부에 구비하고, 공압실린더 내 기체와 유체의 접촉면에 유연한 분리막을 구비하여 에어스프링-댐퍼를 일체형으로 구성함으로써, 설치 공간이 짧아지고, 이동 부분이 적어 정렬이 용이하며, 스프링 탄성과 감쇠비의 가변이 용이하고 유체의 누액이 없는, 직렬일체형 충격 시험 장치 및, 그러한 직렬일체형 충격 시험 장치를 설계하는 방법을 제공한다.

Description

직렬일체형 충격 시험 장치 및 그 장치의 설계 방법을 실행시키기 위한 애플리케이션 프로그램{Integrated Serial Apparatus For Shock-Test and Application Program for Performing Its Design Method}
본 발명은 직렬일체형 충격 시험 장치 및 그 장치의 설계 방법을 실행시키기 위한 애플리케이션 프로그램에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 에어 스프링 역할을 하는 공압실린더-피스톤을 상부에, 댐퍼 역할을 하는 점성유체부를 하부에 구비하고, 공압실린더 내 기체와 유체의 접촉면에 분리막을 구비하여 에어스프링-댐퍼를 일체형으로 구성한 직렬일체형 충격 시험 장치 및, 그러한 직렬일체형 충격 시험 장치의 설계 방법을 실행시키기 위한 비일시적 매체에 저장된 애플리케이션 프로그램에 관한 것이다.
해상에서 운용되는 함정에는 외부에서 발생된 충격파가 전달될 수 있다. 이 충격파는 함정의 외벽 구조물에 매우 큰 가속도와 짧은 폭을 갖는 충격을 야기할 수 있으며, 이로 인해 함정 탑재 장비에는 큰 충격력이 전달된다.
따라서 탑재 장비는 이 충격력에도 원활히 작동할 수 있는 생존성을 갖추어야 하며, 장비의 환경시험 항목에 충격 생존성 시험이 필수적이다. 내충격성 검증을 위한 환경시험 방법으로는 실선 수중폭파 시험이나 지상에서 충격시험 장비를 활용한 모사 시험이 적용되고 있으며, 시험의 용이성, 경제성 및 반복성 측면에서 지상충격시험장치가 널리 활용되고 있다.
도 1은 충격파의 대표적인 파형을 나타내는 도면이고, 도 2는 종래 직렬분리형 충격 시험 장치(100)의 동역학적 등가 시스템 및, 종래 직렬분리형 충격 시험 장치(100)의 구성을 나타내는 도면이다.
도 1은 충격파의 대표적인 파형으로 이중 펄스 형태를 갖는다. 즉, 전반부의 큰 가속도-짧은 폭의 1-차 펄스파와 후반부의 작은 가속도-긴 폭의 2-차 펄스파로 구분할 수 있다. 도 2(a)는 도 1의 이중펄스 발생에 사용되고 있는 기존 지상충격시험장치의 동역학적 등가도이고, 도 2(b)는 종래 직렬분리형 충격 시험장치(100)의 구성도이다. 여기서 m1은 충격 발생 요소인 대차의 질량, m2는 시험 대상 장비를 장착하는 시험테이블과 시험장비(110)의 질량의 합, m3는 공압스프링(K2)(120)과 댐퍼 C(130)의 등가질량을 나타낸다. 질량 m1을 가속하여 좌측에서 우측으로 이동시키면 스프링 K1과 충돌하게 되며, 충돌 후 m1은 K1과 접촉을 유지하면서 우측으로 이동하여 스프링 K1이 압축된다. 이 스프링의 압축력이 질량 m2에 전달되어 1차 충격파가 발생되며, 질량 m2(110)가 우측으로 이동하면서 스프링 K2(120)와 댐퍼 C(130)에 의해 질량 m2에 가해지는 힘에 의해 2차 충격파가 발생된다. 도 2(b)는 도 2(a)의 스프링 탄성을 공압스프링(120)으로, 점성마찰을 댐퍼(130)로 구현한 구조로 공압스프링(120)과 댐퍼(130)가 직렬로 연결된다.
그러나 도 2(b)와 같은 종래 직렬분리형 충격 시험장치(100)는, 긴 설치 공간이 필요하며, 이동 부분이 많아 정렬이 어려우며, 충격 시험시 감쇠비의 가변이 불가능한 문제점이 있었다. 또한 실린더-피스톤 구조로 된 공압스프링(120), 댐퍼(130)이기 때문에 고압의 질소가스와 점성유체의 누출이 발생할 수 있으며, 이를 방지하기 위해 씰링을 강화할 경우 마찰이 커지는 등의 다양한 문제점을 가지고 있었다.
KR 10-1648700 B1
본 발명은 이와 같은 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 스프링 역할을 하는 공압실린더-피스톤을 상부에, 댐퍼 역할을 하는 점성유체부를 하부에 구비하고, 공압실린더 내 기체와 유체의 접촉면에 분리막을 구비하여 에어스프링-댐퍼를 일체형으로 구성함으로써, 설치 공간이 짧아지고, 이동 부분이 적어 정렬이 용이하며, 스프링 탄성과 감쇠비의 가변이 용이하고 유체의 누액이 없는, 직렬일체형 충격 시험 장치 및, 그러한 직렬일체형 충격 시험 장치를 설계하는 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
이와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른, 직렬일체형 충격 시험 장치는, 시험장비로부터 가해지는 충격을 1차로 흡수하는 탄성부; 및 상기 탄성부 하부에 설치되어, 상기 탄성부로부터 가해지는 압력을 흡수하는 댐퍼부를 포함하고, 상기 탄성부는, 가스가 채워진 공압실린더; 상기 시험장비로부터 가해지는 충격에 의해 상기 공압실린더 내에서 병진운동하는 피스톤을 포함하며, 상기 댐퍼부는, 유체 탱크; 상기 유체 탱크 내에 채워진 점성 유체; 상기 유체 탱크 내에 구비되는 원통형 기구물을 구비하고, 상기 유체 탱크 내벽과 원통형 기구물 외벽 사이를 이동하는 점성 유체에 의하여 점성 마찰이 발생하며, 상기 원통형 기구물은, 상기 유체 탱크 양단을 연결하는 원통형 기구물 중심축 위에 설치되되, 상기 원통형 기구물 중심축 위에서의 위치를 조정할 수 있도록 구성되고, 상기 유체 탱크의 형상은, 중앙부가 오목한 형태의 아령 형상이며, 상기 유체 탱크의 오목한 부분의 내벽과 상기 원통형 기구물의 외벽 사이의 공간은, 점성 유체가 이동하며 점성 마찰을 일으키는 고리형 파이프(annular pipe)를 형성하고, 상기 고리형 파이프의 길이는, 상기 원통형 기구물 중심축 상의 상기 원통형 기구물의 위치를 조정함으로써 가변적으로 조정되며, 상기 공압실린더 내 피스톤 상부에는, 상기 공압실린더 내부의 개스가 차지하는 부피를 조절하기 위한 오일을 채우는 오일 저장부를 더 포함하고, 상기 고리형 파이프의 길이를 가변적으로 조정함 및, 상기 오일 저장부의 오일양 조절에 의해 상기 공압실린더 내부의 개스가 차지하는 부피를 조절함에 의하여, 2차 충격파의 감쇠비를 변화시키고 이로써 2차 충격파의 형태를 원하는 형태로 가변시킬 수 있도록 구성된다.
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상기 유체 탱크와 상기 공압실린더의 경계를 이루는 막에는, 상기 공압실린더 내 가스의 압력을 상기 유체 탱크 내 점성유체로 전달하기 위한 유연한 분리막을 구비할 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 비일시적 저장 매체에 저장되며, 프로세서에 의하여 실행되어, 청구항 1의 직렬일체형 충격 시험 장치의 설계 방법을 수행하는 어플리케이션 프로그램은, (a) 상기 직렬일체형 충격 시험 장치 설계를 위해 고정적으로 주어진 데이터(이하 '고정 설계 데이터'라 한다) 및 상기 직렬일체형 충격 시험 장치를 이용한 충격 시험시 결과가 만족해야 하는 요구조건(이하 '시험 요구조건'이라 한다) 값을 포함하는 데이터를 입력받아 저장하는 단계; (b) 가변적으로 설계되어야 하는 데이터(이하 '가변 설계 데이터'라 한다) 중 일부의 데이터(이하 '가정 설정 가변 설계 데이터'라 한다)를 입력받는 단계; (c) 상기 고정 설계 데이터 및 상기 가정 설정 가변 설계 데이터로부터 상기 가정 설정 가변 설계 데이터 이외의 가변 설계 데이터를 산출하는 단계; (d) 상기 단계 (c)에서 산출된 가변 설계 데이터의 상기 직렬일체형 충격 시험 장치에 대한 설계 데이터로서의 적합성을 판단하는 단계; (e) 상기 단계(d)에서 적합하지 않은 것으로 판명된 경우, 상기 가정 설정 가변 설계 데이터 값을 변경하여 재설정한 후 상기 단계(c)로 돌아가고, 적합한 것으로 판명된 경우, 상기 단계(c)에서 산출된 가변 설계 데이터 및 상기 고정 설계 데이터를, 상기 직렬일체형 충격 시험 장치에 대한 최종 설계 데이터로 결정하는 단계를 포함한다.
상기 가변 설계 데이터에는, 직렬일체형 충격 시험 장치의 구성 요소에 대한 치수 데이터를 포함할 수 있다.
상기 시험 요구조건에는, 펄스폭 τ2 및 감쇠비
Figure 112018030366157-pat00001
를 포함할 수 있다.
상기 단계(c)에서 산출하는 가변 설계 데이터에는, P0/V0 및 L을 포함하고, 여기서 P0 및 V0는 각각 공압실린더 내의 초기 압력 및 초기 부피이고, L은 고리형 파이프의 길이일 수 있다.
상기 P0/V는,
Figure 112018030366157-pat00002
로부터 산출될 수 있고, 상기 L은,
Figure 112018030366157-pat00003
로부터 산출될 수 있으며, 여기서 m2는 시험테이블과 시험장비의 질량, n은 폴리트로픽 지수, τ2는 펄스폭,
Figure 112018030366157-pat00004
는 감쇠비, R은 공압실린더 단면의 반지름, r1은 고리형 파이프(260)의 외측면까지의 반지름이다.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 비일시적 저장 매체에 저장되며, 프로세서에 의하여 실행되어, 청구항 1의 직렬일체형 충격 시험 장치의 설계 방법을 수행하는 어플리케이션 프로그램은, (a) 상기 직렬일체형 충격 시험 장치 설계를 위해 고정적으로 주어진 데이터(이하 '고정 설계 데이터'라 한다)를 입력받아 저장하는 단계; (b) 상기 직렬일체형 충격 시험 장치를 이용한 충격 시험시 결과가 만족해야 하는 요구조건(이하 '시험 요구조건'이라 한다) 값을 포함하는 데이터를 입력받아 저장하는 단계; (c) 상기 고정 설계 데이터 및 상기 시험 요구조건으로부터, 직렬일체형 충격 시험 장치의 설계를 위한 파라미터(이하 '장치 설정 파라미터'라 한다)를 산출하는 단계; (d) 상기 단계(c)에서 산출된 장치 설정 파라미터를, 상기 직렬일체형 충격 시험 장치에 대한 최종 설계 데이터로 결정하는 단계를 포함한다.
상기 단계(c)와 (d) 사이에, 또는 상기 단계(d) 이후, (e1) 상기 고정 설계 데이터 또는 시험 요구조건에 대한 변경값을 입력받는 단계; 및 (e2) 상기 변경된 고정 설계 데이터 및 상기 시험 요구조건으로부터, 직렬일체형 충격 시험 장치의 설계를 위한 파라미터(이하 '장치 설정 파라미터'라 한다)를 산출하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 시험 요구조건에는, 펄스폭 τ2 및 감쇠비
Figure 112018030366157-pat00005
를 포함할 수 있다.
상기 장치 설정 파라미터는, 직렬일체형 충격 시험 장치의 하드웨어 설계를 변경하거나, 다른 형태 또는 다른 치수를 갖는 부품으로 교체함이 없이, 충격 시험시 요구되는 시험 요구조건 데이터를 만족시키도록, 현재 직렬일체형 충격 시험 장치에서 가변시켜 설정할 수 있는 데이터일 수 있다.
상기 장치 설정 파라미터는, P0/V0 및 L을 포함할 수 있고, 여기서 P0 및 V0는 각각 공압실린더 내의 초기 압력 및 초기 부피이고, L은 고리형 파이프의 길이이다.
상기 P0/V는,
Figure 112018030366157-pat00006
로부터 산출될 수 있고, 상기 L은,
Figure 112018030366157-pat00007
로부터 산출될 수 있으며, 여기서 m2는 시험테이블과 시험장비의 질량, n은 폴리트로픽 지수, τ2는 펄스폭,
Figure 112018030366157-pat00008
는 감쇠비, R은 공압실린더 단면의 반지름, r1은 고리형 파이프(260)의 외측면까지의 반지름일 수 있다.
본 발명에 의하면, 스프링 역할을 하는 공압실린더-피스톤을 상부에, 댐퍼 역할을 하는 점성유체부를 하부에 구비하고, 공압실린더 내 기체와 유체의 접촉면에 분리막을 구비하여 에어스프링-댐퍼를 일체형으로 구성함으로써, 설치 공간이 짧아지고, 이동 부분이 적어 정렬이 용이하며, 스프링 탄성과 감쇠비의 가변이 용이하고 유체의 누액이 없는, 직렬일체형 충격 시험 장치 및, 그러한 직렬일체형 충격 시험 장치를 설계하는 방법을 제공하는 효과가 있다.
도 1은 충격파의 대표적인 파형을 나타내는 도면.
도 2는 종래 직렬분리형 충격 시험 장치의 동역학적 등가 시스템 및, 종래 직렬분리형 충격 시험 장치의 구성을 나타내는 도면.
도 3은 본 발명의 직렬일체형 충격 시험 장치의 구성을 나타내는 도면.
도 4는 본 발명의 직렬일체형 충격 시험 장치에서, 점성유체의 이동에 의해 점성마찰이 발생하는 부분인 고리형 파이프(annular pipe)를 도시한 도면.
도 5는 본 발명의 직렬일체형 충격 시험 장치의 동역학적 등가 시스템을 도시한 도면.
도 6은 본 발명의 직렬일체형 충격 시험 장치의 설계 방법을 나타내는 순서도.
도 7은 도 6의 방법에 의해 설계된 설계 데이터를 직렬일체형 충격 시험 장치에 적용하여 시뮬레이션 한 결과로서, 시간에 따른 m2의 가속도를 나타내는 도면.
도 8은 펄스폭 τ2가 일정할 경우 감쇠비
Figure 112018030366157-pat00009
와 스프링 상수 K1의 관계를 나타내는 도면.
도 9는 펄스폭 τ2가 일정할 경우 감쇠비
Figure 112018030366157-pat00010
와 댐핑계수 C의 관계를 나타내는 도면.
도 10은 펄스폭 τ2가 일정할 경우 감쇠비
Figure 112018030366157-pat00011
와 레이놀드 수(Raynolds number)의 관계를 나타내는 도면.
도 11은 도 6과 같은 방법으로 기본적인 치수 등의 설계가 완료되고, 이에 의해 제작되어 동작하는 직렬일체형 충격 시험 장치에 대하여, 충격 시험시에 그 결과가 만족해야 하는 요구조건을 가변시키면서 충격 시험을 수행할 경우, 직렬일체형 충격 시험 장치의 하드웨어를 재설계 또는 수정할 필요없이, 변경된 요구조건을 만족시키기 위해 현재의 직렬일체형 충격 시험 장치에서 재설정할 수 있는 파라미터를 결정하는 방법을 나타내는 순서도.
도 12는 도 11의 방법으로 설계한 직렬일체형 충격 시험 장치를 시뮬레이션 한 결과로서, 시간에 따른 m2의 가속도를 나타내는 도면.
이하 첨부된 도면을 참조로 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 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 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도 3은 본 발명의 직렬일체형 충격 시험 장치(200)의 구성을 나타내는 도면이고, 도 4는 본 발명의 직렬일체형 충격 시험 장치에서, 점성유체의 이동에 의해 점성마찰이 발생하는 부분인 고리형 파이프(annular pipe)를 도시한 도면이다.
도 3의 직렬일체형 충격 시험 장치(200)에서 상부 공압실린더(220)-피스톤(230)은 스프링 역할을 하며, 하부는 유체 탱크(240) 내의 점성유체(241)가 고리형 파이프(annular pipe)(260)를 지나며 발생되는 점성마찰이 댐퍼 역할을 한다. 피스톤(230)의 단면은 면적 A인 원형이며, 피스톤이 운동하는 공압실린더(220) 역시 원통 형상을 가진다.
실린더(220) 내의 가스(예를 들어 질소가스)의 압력은, 유연한 분리막(242)을 통해 하부의 점성유체(241)로 전달된다. 유연한 분리막(242)은 예를 들어 고무막 등으로 구성될 수 있으며, 유연한 분리막(242)은 점성유체(241)로 실린더(220) 내의 가스의 압력을 손실없이 전달하기 위해 유연해야 한다.
질량 m2를 가지는 시험테이블과 시험장비(210)가 우측으로 이동하면 상부의 피스톤(230) 우측 부분의 가스 압력이 증가하고 좌측 부분은 압력이 감소하여 탄성이 발생하며, 이 압력 차이에 의해 하부의 점성유체(241)가 좌측으로 흐르면서 이때 고리형 파이프(260)에서 점성유체의 흐름에 의한 점성마찰이 발생한다.
앞서 전술한 바와 같이 도 2에 도시된 종래 직렬분리형 충격시험 장치(100)에서는 긴 설치 공간이 필요한데 반해 도 3에 도시된 본 발명의 직렬일체형 충격시험 장치(200)에서는 설치 공간이 짧아 공간 소모가 적은 장점이 있고, 종래 직렬분리형 충격시험 장치(100)는 이동 부분이 많아 정렬이 어려운 반면 본 발명의 직렬일체형 충격시험 장치(200)는 이동 부분이 적어 정렬이 용이한 장점이 있다. 또한 종래 직렬분리형 충격시험 장치(100)는 충격시험 중 감쇠비를 가변시키는 것이 불가능하나, 본 발명의 직렬일체형 충격시험 장치(200)는 스프링 탄성과 감쇠비 가변이 용이한 장점이 있고, 종래 직렬분리형 충격시험 장치(100)는 실린더-피스톤 구조로 된 스프링, 댐퍼인 이유로 고압의 가스(예를 들어 질소가스)와 점성유체의 누액방지 조치가 필요할 뿐 아니라 마찰의 최소화 조치도 필요하나, 본 발명의 직렬일체형 충격시험 장치(200)는
1. 유체의 누액이 없음
2. 일단 설계된 장치(200)에 대하여, 장치 내부의 부품의 교체나, 형태 또는 치수의 재설계 등의 필요가 없이, 원통형 기구물(250)의 간단한 위치 조정만으로 고리형 부분의 길이(L)의 조정이 가능하며, 이와 같은 고리형 부분의 길이(L) 간단한 조정에 의해 점성마찰계수의 변경이 용이함
3. 상부에서 공압실린더 부피 조절용 오일(270) 양의 조절을 통해 가스가 존재하는 상부 실린더(220) 부피를 변화시켜 피스톤(230)에 의한 스프링 탄성 또한 쉽게 조정할 수 있음
등의 장점이 있다.
이하에서는, 도 3 및 도 4를 참조하여 본 발명의 직렬일체형 충격시험 장치(200)에 대한 공압실린더-피스톤의 동역학 모델을 설명한다.
도 3에서 공압피스톤-실린더는 양로드형이며, 피스톤이 실린더 중앙부에 위치할 때를 초기 평형상태로 정의한다. 도 1의 충격파 폭은 수 ms 이므로 공기의 압축, 팽창과정에서의 열전달은 무시할 수 있어 단열과정으로 볼 수 있다.
도 3에서 M2에 가해진 충격에 의한 공압실린더 피스톤(230)의 변위가 y, 공압실린더 내 가스의 압력 P2에 의한 점성유체(241)의 변위가 z 이므로, 피스톤(230)을 기준으로 실린더(220) 좌측과 우측의 체적은
Figure 112018030366157-pat00012
이고, 이로부터 피스톤(230) 좌우측 압력차를 구하면,
Figure 112018030366157-pat00013
가 된다.
유체의 질량과 피스톤의 마찰을 무시하면 질량 m2의 운동방정식을 다음과 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112018030366157-pat00014
도 3에서 유체는 고리형 파이프(annular pipe)(260) 부분을 지나며 점성마찰이 발생하게 된다. 도 4는 도 3의 고리형 파이프(260) 부분에 대한 모식도이다. 도 3에서 고리형 파이프(260)의 중앙부에는 원통형 기구물(250)이 관통하고, 점성유체(241)는 원통형 기구물(250) 외부면과 유체탱크(240)의 중앙 원통부 사이의 고리형(annular)의 좁은 공간을 지나면서 점성마찰을 일으키게 된다. 원통형 기구물(250)은, 원통형 기구물 중심축(251)을 따라 좌우로 이동시킬 수 있도록 구성되고, 이에 따라, 그러한 원통형 기구물(250)의 위치에 의해 결정되는 고리형 파이프(260)의 길이(L, 도 3 및 도 4 참조)를 조정할 수 있도록 구성된다.
도 4와 같이 원통좌표계를 정의하면 유체 유동의 연속방정식은 이하와 같다.
Figure 112018030366157-pat00015
사용하는 점성유체는 비압축성이며, 반경방향과 원주방향 유동은 없는 것으로 가정할 수 있으므로, z-축 방향의 유동만 있는 것으로 가정할 수 있다.
또한 Navier-Stokes 방정식에서 관성력은 무시하고, vr=0, vθ=0이며, 유체는 수평이동을 하므로 중력방향 힘은 고려하지 않아도 된다. 따라서 z-축 방향만을 고려하고,
Figure 112018030366157-pat00016
vz는 r-축 만의 함수인 점을 반영하면, 위 식은 이하 식으로 나타낼 수 있다.
Figure 112018030366157-pat00017
여기서
Figure 112018030366157-pat00018
이다. 여기서 υ는 동점성 계수, μ는 점성계수, ρ는 점성유체의 밀도이다.
위 식을 정리하면
Figure 112018030366157-pat00019
와 같고, 이 식의 일반해는 다음과 같다.
Figure 112018030366157-pat00020
이 일반해를 위 미분방정식에 대입하고, 점성유체가 원통에 접촉하는 부분에서 속도는 0이라는 경계조건을 적용하면 아래와 같이 미지수를 구할 수 있다.
Figure 112018030366157-pat00021
,
Figure 112018030366157-pat00022
,
Figure 112018030366157-pat00023
이를 적용하여 일반해를 정리하면 다음과 같다.
Figure 112018030366157-pat00024
만일 도 4에서 점성유체가 흐르는 부분의 간격 h가 원통의 반경 r1에 비해 매우 작을 경우 이를 근사화할 수 있다. 다음과 같이 좌표계 y를 정의하면,
Figure 112018030366157-pat00025
위 일반해는,
Figure 112018030366157-pat00026
이 식에서 자연로그함수의 테일러 급수는
Figure 112018030366157-pat00027
이므로 이 결과를 위 vz 일반해 식에 적용하면,
Figure 112018030366157-pat00028
이며, 이는 두께 h를 갖는 평행평판 사이의 유속과 같다. 유량을 구하면,
Figure 112018030366157-pat00029
이며, 유동의 평균 속도를 vavg라 하면, 유량은
Figure 112018030366157-pat00030
따라서
Figure 112018030366157-pat00031
이 된다. 이 식은, 유로의 길이가 L이며, 길이방향 압력 강하는 일정하므로 다음과 같이 다시 쓸 수 있다.
Figure 112018030366157-pat00032
고리형 파이프(annular pipe)(260)에서 레이놀드 수(Reynolds Number)는
Figure 112018030366157-pat00033
이고, 고리형 파이프에서
Figure 112018030366157-pat00034
이므로, 레이놀드 수는 다음과 같게 된다.
Figure 112018030366157-pat00035
도 5는 본 발명의 직렬일체형 충격 시험 장치의 동역학적 등가 시스템을 도시한 도면이다.
수학식 1과 3에서 유체의 운동방정식은
Figure 112018030366157-pat00036
로 되고, 이 운동방정식과 수학식 2를 정리하면 전체 시스템의 운동방정식은
Figure 112018030366157-pat00037
이 되며, 정리하면
Figure 112018030366157-pat00038
여기서
Figure 112018030366157-pat00039
이다.
도 5는 수학식 4를 등가적으로 표현한 것으로,
Figure 112018030366157-pat00040
표시한 부분은 회전중심축을 나타낸다. 만일 공압실린더 단면적과 점성유체 유로의 단면적이 같을 경우 동역학적으로 스프링과 댐퍼가 직렬로 연결된 구조와 등가가 된다.
도 6은 본 발명의 직렬일체형 충격 시험 장치의 설계 방법을 나타내는 순서도이다.
수학식 4를 바탕으로 주어진 2차 충격파의 특성을 만족시키는 직렬일체형 충격 시험장치를 설계할 수 있다. 2차 충격파는 질량 m2의 초기속도에 의한 운동에 의해 결정되며, 다음의 동역학 식으로 모델링된다.
Figure 112018030366157-pat00041
이 식을 풀어 응답을 구하면 다음과 같다.
Figure 112018030366157-pat00042
Figure 112018030366157-pat00043
여기서,
Figure 112018030366157-pat00044
이다.
각 응답의 최대값을 구하면,
Figure 112018030366157-pat00045
Figure 112018030366157-pat00046
위의 식을 바탕으로 설계 과정을 다음과 같이 제시할 수 있다.
주어진 2차 충격파의 펄스폭과 감쇠비로부터 고유진동수는
Figure 112018030366157-pat00047
이 되며, 수학식 4의 K1과 C의 정의와 수학식 5에서
Figure 112018030366157-pat00048
Figure 112018030366157-pat00049
앞의 유동해석에서 층류를 가정하였으므로,
Figure 112018030366157-pat00050
이 되고, 따라서
Figure 112018030366157-pat00051
이 된다. Re*는 원하는 레이놀드 수이다.
도 6을 참조하면, 먼저 기본 설계 데이터를 설정한다(S601). 이는 사용자가 입력하여 시스템에 저장할 수 있다.
기본 설계 데이터란, 충격 시험 장치(200)에 기본적으로 구비되는 데이터인 고정 설계 데이터 및, 충격 시험 장치(200)를 이용한 충격 시험시 결과가 만족해야 하는 요구조건(이하 '시험 요구조건'이라 한다) 값을 포함하는 데이터를 의미한다.
고정 설계 데이터에는, 일 실시예로서, 시험테이블과 시험장비(210)의 질량 m2, 충격시험시 가하는 최대 가속도 amax, 폴리트로픽 지수 n, 점성유체의 밀도 ρ 및, 점성계수 μ 등이 될 수 있다.
충격 시험 장치(200)를 이용한 충격 시험시 결과가 만족해야 하는 시험 요구조건 값으로서는, 2차 충격파의 시간, 즉 펄스폭 값인 τ2, 감쇠비
Figure 112018030366157-pat00052
등이 있을 수 있다.
이러한 기본 설계 데이터는 미리 적절한 값으로 설정해 놓는다(S601). 도 6의 직렬일체형 충격 시험 장치(200)의 설계방법은, 이와 같은 기본 설계 데이터를 설정한 후(S601), 장치(200)에 설정된 고정 설계 데이터 하에서, 시험 요구조건을 만족하기 위한 직렬일체형 충격 시험장치(200)의 각 부분의 필요한 치수 및 시험장치(200)가 구비되어야 하는 특성 값 등의 데이터(이하 '가변 설계 데이터')를 결정하는 방법이다.
수학식 6, 7, 9와 단면적 A=πR2, Ap=πh(2r1-h)를 대입하여 정리하면 설계식을 이하와 같이 정리할 수 있다.
Figure 112018030366157-pat00053
Figure 112018030366157-pat00054
Figure 112018030366157-pat00055
후술하는 바와 같이, 최종적으로 구하려는 가변 설계 파라미터는 R, r1, Re* , P0, V0, L, h 등으로서 위의 세 개의 설계식보다 변수가 많으므로, 이하와 같은 프로세스에 의해 최종 설계 데이터를 결정한다.
먼저, 결정할 가변 설계 데이터 중 일부의 값을 특정한 값으로 가정하여 설정한다(S602). 가변 설계 데이터 결정과정을 수행한다. 이러한 가변 설계 데이터의 결정을 위해 가변 설계 데이터의 일부의 값을 가정하고 시작할 수 있다(S602).
일 실시예로서 도 3에 도시된 공압실린더(220) 단면의 반지름 R, 도 3 및 도 4에 도시된 고리형 파이프(260)의 외측면까지의 반지름 r1, 고리형 파이프(260)에 존재하는 점성유체(241)가 갖는 특성인 레이놀드 수(Reynolds number) Re* 등을 특정 값으로 가정할 수 있다(S602).
이와 같이 가정한 가변 설계 데이터 및, 앞서 결정되어 있는 고정 설계 데이터를 이용하여, 가정한 가변 설계 데이터 이외의 가변 설계 데이터를 결정한다(S603). 이때 결정해야 하는 가변 설계 데이터에는 예를 들어 공압실린더(220) 내의 초기 압력 P0와 초기 부피 V0의 비인 P0/V0, 고리형 파이프(260)의 길이 L 및 고리형 파이프(260)에서 점성유체(241)이 지나는 부분의 두께 h(도 4 참조) 등이 있다.
위의 세 개의 설계식을 각각 정리하면 다음과 같다.
Figure 112018030366157-pat00056
Figure 112018030366157-pat00057
Figure 112018030366157-pat00058
수학식 10으로부터 P0/V0를 결정하고, 가정한 R, r1, Re로부터, 수학식 11에 의해 h를 정한다. 또한 가정한 R, r1 및, 정해진 h로부터 수학식 12를 이용하여 L을 결정한다(S603).
이와 같이 R, r1, Re*를 가정하고 다른 가변 설계 데이터 P0/V0, L, h를 결정했을 때, 결정된 P0/V0, L, h의 값을 검증한다(S604). 검증(S204)시 부적합으로 판단되는 경우의 예를 들면 다음과 같다.
도출된 L의 길이가, 실제로 직렬일체형 충격 시험 장치(200)가 갖는 길이로서 설계하기 부적합한 범위의 값이거나, 또는 h가 너무 커서 점성유체(241)에 의한 점성의 효과가 나타나지 않을 경우 등 설계 데이터로서 부적합한 경우, 가정한 가변 설계 데이터들인 R, r1, Re* 중 하나 이상의 값을 다른 값으로 수정한 후(S605), P0/V0, L, h를 다시 결정하는(S603) 과정을 반복한다.
다른 실시예로서, R, r1, h를 먼저 특정값으로 가정하고(S602), 다른 가변 설계 데이터 P0/V0, L, Re*를 결정할 수 있는데(S603), 이 경우 P0/V0, L, Re*를 검증시(S604), 점성유체의 레이놀드 수 Re*가 난류영역(2300) 이상의 값으로 설계(S603)된 경우 부적합한 값으로 판단하여(S604), 가정했던 가변 설계 데이터 R, r1, h 중 하나 이상의 값을 다른 값으로 수정한 후(S605), P0/V0, L, Re*를 다시 결정하는(S603) 과정을 반복한다.
다른 검증(S604)시 부적합의 예로서는, 허용 압력 이상의 고압의 압력 설계값(P0)이 결정되어(S603), 그와 같이 높은 압력에 의해 충격시험의 결과에 대한 해석이 불가능한 경우가 있을 수 있으며, 또한 산출된 부피 설계값(V0)에 대하여 그와 같은 부피에 대한 실제 설계가 어려운 범위의 값인 경우 등이 있을 수 있다.
결정된(S603) 가변 설계 데이터가, 검증과정(S604)에서 합리적인 데이터로서 판명되면, 앞에서 가정된(S602) 가변 설계 데이터 및 산출된(S603) 가변 설계 데이터가 직렬일체형 충격 시험장치(200)의 최종 설계 데이터로서 결정된다(S606).
도 7은 도 6의 방법에 의해 설계된 설계 데이터를 직렬일체형 충격 시험 장치에 적용하여 시뮬레이션 한 결과로서, 시간에 따른 m2의 가속도를 나타내는 도면이다.
축 팽창 및 점성유체의 유동 자체를 시뮬레이션을 할 수 있기 때문에 실제에 가까운 상태를 해석할 수 있다.
표 1은 전술한 바와 같은 직렬일체형 충격 시험 장치(200)의 설계방법을 시험하기 위한 데이터를 나타낸다. 표 1을 이용하여 시뮬레이션 한 결과는 도 7과 같다.
Figure 112018030366157-pat00059
파란선으로 나타낸 시뮬레이션 결과는 요구조건인 충격파의 최대가속도가 500m/s2, 펄스폭 50ms, 감쇠비
Figure 112018030366157-pat00060
=0.707 등을 만족함을 알 수 있으며, 빨간선으로 나타낸 시뮬레이션 결과는 실제의 유동을 고려한 해석으로 약간의 차이는 있지만 앞에서 제안한 설계방법이 타당하다고 결론지을 수 있다.
도 2의 종래의 충격 시험 장치(100)의 구조에서는, 펄스의 폭과 감쇠비에 의해 모든 설계치가 결정되며, 상이한 펄스폭과 감쇠비가 필요한 경우 설계치가 달라지므로 시스템 구성품이 교체되어야 한다. 그러나 본 발명의 직렬일체형 충격 시험장치(200)에서 공압실린더(220)-피스톤(230) 구조로 이루어진 에어스프링의 초기 압력과 체적, 점성유체(241)를 포함하는 고리형 파이프(annular pipe)(260) 형태의 댐퍼에서 원통형 기구물(250)의 위치 조정에 의해 유로의 길이 L을 조정하면 펄스폭과 감쇠비를 변화시킬 수 있으므로, 직렬일체형 충격 시험장치(200) 구성품의 교체 없이 조정이 가능하다. 또한 초기압력과 유로의 길이의 조정은 용이하므로, 도 2의 종래 직렬분리형 충격 시험장치(100)에 비해 큰 장점이 있다.
도 8은 펄스폭 τ2가 일정할 경우 감쇠비
Figure 112018030366157-pat00061
와 스프링 상수 K1의 관계를 나타내는 도면이고, 도 9는 펄스폭 τ2가 일정할 경우 감쇠비
Figure 112018030366157-pat00062
와 댐핑계수 C의 관계를 나타내는 도면이고, 도 10은 펄스폭 τ2가 일정할 경우 감쇠비
Figure 112018030366157-pat00063
와 레이놀드 수(Raynolds number)의 관계를 나타내는 도면이다.
이하에서는 설계의 기본 요구 조건인 펄스폭과 감쇠비에 따른 스프링 상수 K1, 댐핑계수 C, 레이놀드 수 Re의 변화를 분석한다. 앞에서 유도한 설계 식을 펄스폭과 감쇠비의 관계로 나타내면 다음과 같다.
Figure 112018030366157-pat00064
Figure 112018030366157-pat00065
Figure 112018030366157-pat00066
위 식에서 펄스폭 τ2가 일정할 경우 감쇠비
Figure 112018030366157-pat00067
의 변화에 따라 스프링 상수 K1은 도 8과 같이 감쇠비가 0<
Figure 112018030366157-pat00068
<1의 범위에서 증가할수록 커진다. 또한 펄스폭이 작아질수록 높은 탄성계수가 필요함을 알 수 있다.
또한 도 9에서와 같이 펄스폭 τ2가 일정할 경우 댐핑계수 C는 감쇠비
Figure 112018030366157-pat00069
의 변화에 따라 감쇠비가
Figure 112018030366157-pat00070
=0.707에서 가장 작으며,
Figure 112018030366157-pat00071
=0.707보다 크거나 작은 영역에서 증가한다.
레이놀드 수의 최대 값은 수학식 8에서
Figure 112018030366157-pat00072
이므로 펄스폭 τ2가 일정할 경우 감쇠비
Figure 112018030366157-pat00073
의 변화에 따른 최대 레이놀드 수의 변화는
Figure 112018030366157-pat00074
=0.707에서 가장 크며,
Figure 112018030366157-pat00075
=0.707보다 크거나 작은 영역에서 감소한다. 또한 펄스폭이 작아질수록 최대 레이놀드 수도 감소함을 도 10을 통해 알 수 있다.
이러한 결과를 토대로 감쇠비를 가변시킬 수 있는 설계 방법을 이하에서 설명한다.
도 11은 도 6과 같은 방법으로 기본적인 치수 등의 설계가 완료되고, 이에 의해 제작되어 동작하는 직렬일체형 충격 시험 장치(200)를 이용한 충격 시험시에 그 결과가 만족해야 하는 요구조건(이하 '시험 요구조건'이라 한다)을 가변시키면서 충격 시험을 수행할 경우, 직렬일체형 충격 시험 장치(200)의 하드웨어를 재설계 또는 수정할 필요없이, 변경된 시험 요구조건을 만족시키기 위해 현재의 직렬일체형 충격 시험 장치(200)에서 재설정할 수 있는 파라미터(이하 '장치 설정 파라미터'라 한다)를 결정하는 방법을 나타내는 순서도이다.
주어진 펄스폭 τ2, 감쇠비
Figure 112018030366157-pat00076
=0.707, 층류를 만족하는 레이놀드 수를 기준으로 P0/V0, L을 재설계 한다. 즉, 설계된 R, r1, h를 유지하며, 주어진 펄스폭 τ2에서 원하는 감쇠비
Figure 112018030366157-pat00077
를 갖도록 P0/V0, L을 재설계한다. 즉, 수학식 10과 12를 이용하여 새로운 P0/V0, L 값이 정해지기 때문에
Figure 112018030366157-pat00078
값을 변화하면서 재설계하고 시뮬레이션을 진행할 수 있다.
즉, 도 6의 경우는 직렬일체형 충격 시험 장치(200)에 주어진 고정 설계 데이터를 적용하고, 시험 요구조건을 만족하기 위해 필요한 직렬일체형 충격 시험 장치(200)의 하드웨어적인 설계 데이터까지 결정하는 방법인데 반해, 도 11의 경우는 직렬일체형 충격 시험 장치(200)의 하드웨어적인 설계는 완성된 상태에서, 시험 요구조건을 만족하기 위해서 직렬일체형 충격 시험 장치(200)에서 부품의 교체나 설계변경 필요없이 조정가능한 장치 설정 파라미터의 값을 결정하는 방법을 나타내는 것이다.
이를 위해 먼저 직렬일체형 충격 시험 장치(200)에서 고정 설계 데이터를 설정한다(S1101). 도 11에서의 고정 설계 데이터라 함은 이미 하드웨어적으로 설계가 되어 있는 직렬일체형 충격 시험 장치(200)를 구성하는 요소의 설계 데이터일 수 있다.
즉, 도 6에서의 고정 설계 데이터인 시험테이블과 시험장비(210)의 질량 m2, 충격시험시 가하는 최대 가속도 amax, 폴리트로픽 지수 n, 점성유체의 밀도 ρ 및, 점성계수 μ 등 외에, 도 6에서는 가변 설계 데이터로 분류되었던 공압실린더(220) 단면의 반지름 R, 도 3 및 도 4에 도시된 고리형 파이프(260)의 외측면까지의 반지름 r1, 고리형 파이프(260)에서 점성유체(241)이 지나는 부분의 두께 h(도 4 참조) 등 역시 도 11에서는 고정 설계 데이터에 포함된다.
즉, 도 6에서는 직렬일체형 충격 시험 장치(200)를 구성하는 요소들의 치수 등과 같은 설계 데이터 역시, 결정해야 할 가변 설계 데이터로 구성하여, 직렬일체형 충격 시험 장치(200)의 구성 요소의 크기 등까지도 설계해 나간 것이지만, 도 11의 경우는 이미 도 6과 같은 설계 방법 등을 통해 직렬일체형 충격 시험 장치(200)의 기본적인 설계가 완료된 상태라 할 수 있다. 이에 따라, 직렬일체형 충격 시험 장치(200)의 구성요소, 부품 등의 치수를 나타내는 R, r1, h 등도 도 11의 경우는 이미 결정된 상태로 유지하여, 변하지 않는 값으로 취급하는 것이다. 도 11의 순서도는 이와 같이 설계된 직렬일체형 충격 시험 장치(200)를 이용하여, 직렬일체형 충격 시험 장치(200)의 하드웨어 설계를 변경하거나, 다른 형태 또는 다른 치수를 갖는 부품으로 교체함이 없이, 충격 시험시 요구되는 시험 요구조건 데이터를 만족시키도록, 현재 직렬일체형 충격 시험 장치(200)에서 간단히 가변시켜 설정할 수 있는 설계 파라미터(장치 설정 파라미터)를 조정하여 결정하는 방법을 나타내는 것이다.
이후, 직렬일체형 충격 시험 장치(200)의 충격 시험시에 만족시켜야 할 요구 조건인 시험 요구조건 값을 설정한다(S1102). 시험 요구조건 값으로서는, 2차 충격파의 시간, 즉 펄스폭 값인 τ2, 감쇠비
Figure 112018030366157-pat00079
등이 있을 수 있고, 이외에 고리형 파이프(260)에 존재하는 점성유체(241)가 갖는 특성인 레이놀드 수(Reynolds number) Re* 도, 시험 요구조건으로서 그 값을 설정하도록 할 수 있다.
이후 가변 설계 데이터를 결정한다(S1103). 결정하는 가변 설계 데이터에는 예를 들어 공압실린더(220) 내의 초기 압력 P0와 초기 부피 V0의 비인 P0/V0, 고리형 파이프(260)의 길이 L 등이 있다. 직렬일체형 충격 시험 장치(200)에서, 설계된(S1103) V0의 값으로의 조정은, 공압실린더 부피 조절용 오일(270)의 값을 조절함으로써 쉽게 이루어낼 수 있고, 설계된(S1103) P0의 값으로의 조정은, 동일 개스 양인 상태에서 역시 공압실린더 부피 조절용 오일(270)의 값을 조절하거나, 또는 공압 실린더(220) 내의 개스 양을 조절하여 가변시킴으로써 이루어낼 수 있다. 또한 고리형 파이프(annular pipe)(260)의 유로 길이 L에 대하여 설계(S1103)된 값으로의 조정은, 도 4에서 원통형 기구물(250)의 위치를 좌우로 간단히 조정함으로써 쉽게 가변시켜 이루어낼 수 있다.
이미 직렬일체형 충격 시험 장치(200)의 기본적 하드웨어는 이미 설계가 된 상태이므로, 도 6에서와 같이 가변 설계 데이터로서 산출(S603)된 고정 하드웨어적인 설계값, 예를 들어 r1, R, h 등에 대하여 그 적합성을 검증하는 단계(S604)는, 도 11에서는 필요하지 않다.
다만, 최초 설정한(S1101) 고정 설계 데이터 중, 필요시(S1104), 직렬일체형 충격 시험 장치(200)의 기본적 하드웨어를 변경시키지 않는 상태에서, 충격 시험시 조정할 수 있는 고정 설계 데이터에 대하여는 값을 변경해가면서(S1105) 최종적으로 상기 장치 설정 파라미터를 결정하는 방법을 다시 수행시킬 수 있다. 그러한 고정 설계 데이터에는, 시험테이블과 시험장비(210)의 질량 m2, 충격시험시 가하는 최대 가속도 amax, 폴리트로픽 지수 n, 점성유체의 밀도 ρ 및, 점성계수 μ 등이 있다. 즉, 직렬일체형 충격 시험 장치(200)의 부품 교체나 형태 변경 없이 시험테이블과 시험장비(210)를 교체하여 m2를 조정할 수 있으며, 충격시험시 충격 시험 장치(200)에 가하는 최대 가속도 amax 역시 변경가능하고, 점성유체를 교체하여 점성유체 자체의 밀도 ρ 및, 점성계수 μ를 변경할 수도 있다.
또한 전술한 바와 같이, 충격 시험 장치(200)를 이용한 충격 시험시 결과가 만족해야 하는 시험 요구조건 값으로서는, 2차 충격파의 시간, 즉 펄스폭 값인 τ2, 감쇠비
Figure 112018030366157-pat00080
등이 있고, 점성유체(241)가 갖는 특성인 레이놀드 수(Reynolds number) Re*도 시험 요구조건에 들어갈 수 있다. 필요시(S1104), 이러한 시험 요구조건을 변경하여(S1105) 그러한 시험 요구조건을 만족하는 최종적으로 상기 장치 설정 파라미터 P0/V0, L 등을 결정하는 방법을 다시 수행시키고(S1103), 최종적으로 결정된 고정 설계 데이터 및 장치 설정 파라미터를 직렬일체형 충격 시험장치(200)의 최종 설계 데이터로 결정한다(S1106). 즉, 전술한 바와 같이 감쇠비
Figure 112018030366157-pat00081
값을 변화하면서 P0/V0, L 등을 재설계한 후, 시뮬레이션을 진행할 수 있게 된다. 위 단계 S1105의 시험 요구조건 변경에 따른 P0/V0, L 등의 재결정은, 단계 S1106 이후에 수행할 수도 있다.
도 12는 도 11의 방법으로 설계한 직렬일체형 충격 시험 장치를 시뮬레이션 한 결과로서, 시간에 따른 m2의 가속도를 나타내는 도면이다.
앞에서 시뮬레이션을 했던 직렬일체형 충격 시험 장치(200)에 대해서 감쇠비 가변 설계를 한 결과는 표 2와 같다.
Figure 112018030366157-pat00082
표 2에서 에서 초기 설계(
Figure 112018030366157-pat00083
=0.707)를 기준으로 입력체적비 P0/V0와 유로길이 L만을 변화시켜 원하는 감쇠비를 얻을 수 있으며, 이때 점성유체는 층류영역에서 작동이 보장됨을 알 수 있다. 도 12는 표 2의 두 가지 경우 시뮬레이션 한 결과이다.
100: 종래 직렬분리형 충격 시험장치
110: 시험장비
120: 공압스프링
130: 댐퍼
200: 본 발명의 직렬일체형 충격 시험장치
210: 시험테이블과 시험장비
220: 공압실린더
230: 피스톤
240: 유체 탱크
241: 점성유체
242: 유연한 분리막
250: 원통형 기구물
251: 원통형 기구물 중심축
260: 고리형 파이프(annular pipe)
270: 공압실린더 부피 조절용 오일

Claims (17)

  1. 직렬일체형 충격 시험 장치로서,
    시험장비로부터 가해지는 충격을 1차로 흡수하는 탄성부; 및
    상기 탄성부 하부에 설치되어, 상기 탄성부로부터 가해지는 압력을 흡수하는 댐퍼부
    를 포함하고,
    상기 탄성부는,
    가스가 채워진 공압실린더;
    상기 시험장비로부터 가해지는 충격에 의해 상기 공압실린더 내에서 병진운동하는 피스톤
    을 포함하며,
    상기 댐퍼부는,
    유체 탱크;
    상기 유체 탱크 내에 채워진 점성 유체;
    상기 유체 탱크 내에 구비되는 원통형 기구물
    을 구비하고,
    상기 유체 탱크 내벽과 원통형 기구물 외벽 사이를 이동하는 점성 유체에 의하여 점성 마찰이 발생하며,
    상기 원통형 기구물은,
    상기 유체 탱크 양단을 연결하는 원통형 기구물 중심축 위에 설치되되, 상기 원통형 기구물 중심축 위에서의 위치를 조정할 수 있도록 구성되고,
    상기 유체 탱크의 형상은,
    중앙부가 오목한 형태의 아령 형상이며,
    상기 유체 탱크의 오목한 부분의 내벽과 상기 원통형 기구물의 외벽 사이의 공간은, 점성 유체가 이동하며 점성 마찰을 일으키는 고리형 파이프(annular pipe)를 형성하고,
    상기 고리형 파이프의 길이는,
    상기 원통형 기구물 중심축 상의 상기 원통형 기구물의 위치를 조정함으로써 가변적으로 조정되며,
    상기 공압실린더 내 피스톤 상부에는,
    상기 공압실린더 내부의 개스가 차지하는 부피를 조절하기 위한 오일을 채우는 오일 저장부
    를 더 포함하고,
    상기 고리형 파이프의 길이를 가변적으로 조정함 및, 상기 오일 저장부의 오일양 조절에 의해 상기 공압실린더 내부의 개스가 차지하는 부피를 조절함에 의하여, 2차 충격파의 감쇠비를 변화시키고 이로써 2차 충격파의 형태를 원하는 형태로 가변시킬 수 있도록 구성된,
    직렬일체형 충격 시험 장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 유체 탱크와 상기 공압실린더의 경계를 이루는 막에는,
    상기 공압실린더 내 가스의 압력을 상기 유체 탱크 내 점성유체로 전달하기 위한 유연한 분리막을 구비하는 것
    을 특징으로 하는 직렬일체형 충격 시험 장치.
  6. 삭제
  7. 비일시적 저장 매체에 저장되며, 프로세서에 의하여 실행되어, 청구항 1의 직렬일체형 충격 시험 장치의 설계 방법을 수행하는 어플리케이션 프로그램으로서,
    (a) 상기 직렬일체형 충격 시험 장치 설계를 위해 고정적으로 주어진 데이터(이하 '고정 설계 데이터'라 한다) 및 상기 직렬일체형 충격 시험 장치를 이용한 충격 시험시 결과가 만족해야 하는 요구조건(이하 '시험 요구조건'이라 한다) 값을 포함하는 데이터를 입력받아 저장하는 단계;
    (b) 가변적으로 설계되어야 하는 데이터(이하 '가변 설계 데이터'라 한다) 중 일부의 데이터(이하 '가정 설정 가변 설계 데이터'라 한다)를 입력받는 단계;
    (c) 상기 고정 설계 데이터 및 상기 가정 설정 가변 설계 데이터로부터 상기 가정 설정 가변 설계 데이터 이외의 가변 설계 데이터를 산출하는 단계;
    (d) 상기 단계 (c)에서 산출된 가변 설계 데이터의 상기 직렬일체형 충격 시험 장치에 대한 설계 데이터로서의 적합성을 판단하는 단계;
    (e) 상기 단계(d)에서 적합하지 않은 것으로 판명된 경우, 상기 가정 설정 가변 설계 데이터 값을 변경하여 재설정한 후 상기 단계(c)로 돌아가고, 적합한 것으로 판명된 경우, 상기 단계(c)에서 산출된 가변 설계 데이터 및 상기 고정 설계 데이터를, 상기 직렬일체형 충격 시험 장치에 대한 최종 설계 데이터로 결정하는 단계
    를 포함하는 직렬일체형 충격 시험 장치의 설계 방법을 실행시키기 위하여 비일시적 매체에 저장된 애플리케이션 프로그램.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 가변 설계 데이터에는,
    직렬일체형 충격 시험 장치의 구성 요소에 대한 치수 데이터를 포함하는 것
    을 특징으로 하는, 직렬일체형 충격 시험 장치의 설계 방법을 실행시키기 위하여 비일시적 매체에 저장된 애플리케이션 프로그램.
  9. 청구항 7에 있어서,
    상기 시험 요구조건에는,
    펄스폭 τ2 및 감쇠비
    Figure 112018030366157-pat00084

    를 포함하는 것을 특징으로 하는, 직렬일체형 충격 시험 장치의 설계 방법을 실행시키기 위하여 비일시적 매체에 저장된 애플리케이션 프로그램.
  10. 청구항 7에 있어서,
    상기 단계(c)에서 산출하는 가변 설계 데이터에는,
    P0/V0 및 L을 포함하고,
    여기서 P0 및 V0는 각각 공압실린더 내의 초기 압력 및 초기 부피이고, L은 고리형 파이프의 길이인 것
    을 특징으로 하는, 직렬일체형 충격 시험 장치의 설계 방법을 실행시키기 위하여 비일시적 매체에 저장된 애플리케이션 프로그램.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 P0/V는,
    Figure 112018030366157-pat00085

    로부터 산출되고,
    상기 L은,
    Figure 112018030366157-pat00086

    로부터 산출되며,
    여기서 m2는 시험테이블과 시험장비의 질량, n은 폴리트로픽 지수, τ2는 펄스폭,
    Figure 112018030366157-pat00087
    는 감쇠비, R은 공압실린더 단면의 반지름, r1은 고리형 파이프(260)의 외측면까지의 반지름인 것
    을 특징으로 하는, 직렬일체형 충격 시험 장치의 설계 방법을 실행시키기 위하여 비일시적 매체에 저장된 애플리케이션 프로그램.
  12. 비일시적 저장 매체에 저장되며, 프로세서에 의하여 실행되어, 청구항 1의 직렬일체형 충격 시험 장치의 설계 방법을 수행하는 어플리케이션 프로그램으로서,
    (a) 상기 직렬일체형 충격 시험 장치 설계를 위해 고정적으로 주어진 데이터(이하 '고정 설계 데이터'라 한다)를 입력받아 저장하는 단계;
    (b) 상기 직렬일체형 충격 시험 장치를 이용한 충격 시험시 결과가 만족해야 하는 요구조건(이하 '시험 요구조건'이라 한다) 값을 포함하는 데이터를 입력받아 저장하는 단계;
    (c) 상기 고정 설계 데이터 및 상기 시험 요구조건으로부터, 직렬일체형 충격 시험 장치의 설계를 위한 파라미터(이하 '장치 설정 파라미터'라 한다)를 산출하는 단계;
    (d) 상기 단계(c)에서 산출된 장치 설정 파라미터를, 상기 직렬일체형 충격 시험 장치에 대한 최종 설계 데이터로 결정하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 직렬일체형 충격 시험 장치의 설계 방법을 실행시키기 위하여 비일시적 매체에 저장된 애플리케이션 프로그램.
  13. 청구항 12에 있어서,
    상기 단계(c)와 (d) 사이에, 또는 상기 단계(d) 이후,
    (e1) 상기 고정 설계 데이터 또는 시험 요구조건에 대한 변경값을 입력받는 단계; 및
    (e2) 상기 변경된 고정 설계 데이터 및 상기 시험 요구조건으로부터, 직렬일체형 충격 시험 장치의 설계를 위한 파라미터(이하 '장치 설정 파라미터'라 한다)를 산출하는 단계
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 직렬일체형 충격 시험 장치의 설계 방법을 실행시키기 위하여 비일시적 매체에 저장된 애플리케이션 프로그램.
  14. 청구항 12에 있어서,
    상기 시험 요구조건에는,
    펄스폭 τ2 및 감쇠비
    Figure 112018030366157-pat00088

    를 포함하는 것을 특징으로 하는 직렬일체형 충격 시험 장치의 설계 방법을 실행시키기 위하여 비일시적 매체에 저장된 애플리케이션 프로그램.
  15. 청구항 12에 있어서,
    상기 장치 설정 파라미터는,
    직렬일체형 충격 시험 장치의 하드웨어 설계를 변경하거나, 다른 형태 또는 다른 치수를 갖는 부품으로 교체함이 없이, 충격 시험시 요구되는 시험 요구조건 데이터를 만족시키도록, 현재 직렬일체형 충격 시험 장치에서 가변시켜 설정할 수 있는 데이터인 것
    을 특징으로 하는 직렬일체형 충격 시험 장치의 설계 방법을 실행시키기 위하여 비일시적 매체에 저장된 애플리케이션 프로그램.
  16. 청구항 15에 있어서,
    상기 장치 설정 파라미터는,
    P0/V0 및 L을 포함하고,
    여기서 P0 및 V0는 각각 공압실린더 내의 초기 압력 및 초기 부피이고, L은 고리형 파이프의 길이인 것
    을 특징으로 하는, 직렬일체형 충격 시험 장치의 설계 방법을 실행시키기 위하여 비일시적 매체에 저장된 애플리케이션 프로그램.
  17. 청구항 16에 있어서,
    상기 P0/V는,
    Figure 112018030366157-pat00089

    로부터 산출되고,
    상기 L은,
    Figure 112018030366157-pat00090

    로부터 산출되며,
    여기서 m2는 시험테이블과 시험장비의 질량, n은 폴리트로픽 지수, τ2는 펄스폭,
    Figure 112018030366157-pat00091
    는 감쇠비, R은 공압실린더 단면의 반지름, r1은 고리형 파이프(260)의 외측면까지의 반지름인 것
    을 특징으로 하는, 직렬일체형 충격 시험 장치의 설계 방법을 실행시키기 위하여 비일시적 매체에 저장된 애플리케이션 프로그램.
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