KR102059798B1 - 곤충 시편의 충격 저항력 계측 장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 곤충 시편의 충격 저항력 계측 장치에 관한 것으로 펀치팁과 상기 펀치팀에 의해 가압될 때의 충격 저항력을 측정하는 충격 저항력 측정 센서로 구성된 로드셀을 곤충 시편을 향해 이동시키는 펀치부, 제1 관통공을 커버하며 상기 곤충 시편의 양쪽에서 고정하는 곤충 시편 고정부, 상기 펀치팁을 수용할 수 있는 상기 제1 관통공 및 대각 방향으로 배치되어 상기 곤충 시편의 하단을 반사하는 미러를 포함하는 하우징부 및 상기 반사된 곤충 시편의 하단을 촬영하고 상기 펀치팁이 상기 곤충 시편에 가압될 때 상기 곤충 시편의 변형을 측정하는 DIC(Digital Image Correlation)부를 포함한다. 따라서 본 발명은 곤충 시편의 충격 저항력과 변형을 계측 할 수 있다.
Description
본 발명은 곤충 시편의 충격 저항력 계측 기술에 관한 것으로, 곤충 날개와 같은 메조 스케일 생체 조직 곤충 시편에 대한 충격 저항력과 변형을 계측하는 곤충 시편의 충격 저항력 계측 장치에 관한 것이다.
경량 및 고강도 구조물은 항공 우주 비행체, 건물 및 건축, 방탄복 및 보호 시스템 등에 사용하기 위해 연구되고 있다. 따라서 혹독한 환경에서 높은 부하를 견딜 수 있는 새로운 최적화 된 복합 구조 설계가 필요하다. 자연을 관찰하면 긴 생태계 역사의 진화를 통해 최적화 된 복합 구조의 예시를 찾을 수 있다. 이러한 구조물은 자연이 약점을 극복해 환경에 어떻게 적응 하는지를 보여주고 새로운 생체 모방 복합 구조물을 설계하는데 영감을 제공한다.
딱정벌레 앞날개는 생체 모방 복합 구조를 연구하는데 좋은 예이다. 딱정벌레의 앞날개는 두껍고 단단하며 아치형의 볼록한 형태를 가진다. 이러한 형상으로 인해 앞날개는 육상 이동 중에는 유연한 뒷발과 흉부를 보호하는 역할을 한다. 따라서 앞날개는 보호 역할을 위한 높은 기계적 강도가 필요하다. 반면에, 딱정벌레는 두껍고 단단한 앞날개를 가지고 날아 다닐 수 있고, 공중에서 빠른 기동 역시 할 수 있다. 이것은 앞날개가 상대적으로 가벼워야 함을 의미한다.
이와 같은 딱정벌레 앞날개가 가지는 두 가지 특별한 특징인 경량성과 높은 강도 때문에 딱정벌레의 앞날개는 경량 복합 재료와 구조에 대한 새롭고 중요한 정보를 얻기 위해 엔지니어와 과학자들에 의해 많은 주목을 받았다. 하지만 이러한 생체 조직은 구조물이 유연하며 변형 정도가 크고 조직에 수분이 있어 접촉 센서를 부착하기 어렵기 때문에 전통적인 기법으로는 그 변형과 파괴 특성을 계측하기 쉽지 않다.
한국등록특허 제10-1770756호는 인장력 시험 시스템에 관한 것으로 인장력 시험 시스템은 베이스 프레임과, 베이스 프레임에 배치되어 곤충 시편의 일단을 지지하는 하부척과, 베이스 프레임에 연결되어 일방향으로 연장하는 가이드부와, 가이드부를 따라 이동 가능한 크로스 헤드와, 곤충 시편의 타단을 지지하도록 크로스 헤드에 배치된 상부척과, 크로스 헤드에 배치되어 곤충 시편에 가해지는 인장력을 감지하는 로드셀과, 크로스 헤드를 이동시키는 구동부와, 가이드부의 연장 방향을 따라 이동 가능하게 배치된 촬영유닛과, 촬영유닛을 이동시키는 촬영유닛 구동부와 구동부와 로드셀과 촬영유닛과 촬영유닛 구동부를 제어하는 제어부를 구비한다.
한국등록특허 제10-1720845호는 인장시험에서 디지털 이미지 해석 기법을 이용하여 고 변형 구간에서 재료의 진응력-진변형률 곡선을 추출하는 방법디지털 이미지 해석 기법을 이용하여 표점거리를 줄여 가며 고 변형 구간의 재료의 진응력-진변형률 곡선을 정확히 얻어내는 방법에 관한 것으로, 기존에 다른 여러 시도들에 비해 간단하고, 일반적인 재료의 기계적 특성 평가방법인 인장시험에서 표점거리를 더 작게 변화시켜 국부적으로 균일한 변형률을 계산하는 것을 통해 고 변형 구간의 재료의 진응력-진변형률 곡선을 산출하는 인장곤충 시편의 진응력-진변형률 곡선을 추출하는 방법에 관한 것이다.
본 발명의 일 실시예는 곤충 날개와 같은 메조 스케일 생체 조직 곤충 시편에 대한 충격 저항력과 변형을 계측하고 파단 부위를 예측할 수 있는 곤충 시편의 충격 저항력 계측 장치를 제공하고자 한다. 예를 들어, 충격 저항력은 곤충 시편의 강성, 파괴하중 및 펀치 에너지를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예는 헥사곤(hexagon) 형상의 클램프들을 통해 곤충 시편을 균등한 압력으로 고정하여 충격 저항력을 정확하게 계측할 수 있는 곤충 시편의 충격 저항력 계측 장치를 제공하고자 한다.
본 발명의 일 실시예는 디지털 화상 상관법(Digital Image Correlation, 이하 DIC 기법) 기법을 이용하여 곤충 시편의 구조 변형 및 변형률을 계측하고 파단 부위를 예측할 수 있는 곤충 시편 충격 저항력 계측 장치를 제공하고자 한다.
실시예들 중에서, 곤충 시편의 충격 저항력 계측 장치는 펀치팁과 상기 펀치팀에 의해 가압될 때의 충격 저항력을 측정하는 충격 저항력 측정 센서로 구성된 로드셀을 곤충 시편을 향해 이동시키는 펀치부, 제1 관통공을 커버하며 상기 곤충 시편의 양쪽에서 고정하는 곤충 시편 고정부, 상기 펀치팁을 수용할 수 있는 상기 제1 관통공 및 대각 방향으로 배치되어 상기 곤충 시편의 하단을 반사하는 미러를 포함하는 하우징부 및 상기 반사된 곤충 시편의 하단을 촬영하고 상기 펀치팁이 상기 곤충 시편에 가압될 때 상기 곤충 시편의 변형을 측정하는 DIC(Digital Image Correlation)부를 포함한다.
상기 곤충 시편 고정부는 상기 곤충 시편의 양쪽에 배치되고 상기 제1 관통공에 대향하는 제2 관통공을 각각 형성하는 한 쌍의 플레이트들 및 상기 한 쌍의 플레이트들 사이에 헥사곤(hexagon)으로 배치되고 상기 곤충 시편으로 곤충 날개를 균등한 압력으로 고정하는 복수의 클램프들을 포함할 수 있다.
상기 곤충 시편 고정부는 상기 한 쌍의 플레이트들에 상호 대항하며 상기 복수의 클램프들의 삽입 위치에 형성되는 복수의 클램프 관통공들을 형성할 수 있다. 상기 곤충 시편 고정부는 상기 한 쌍의 플레이트들 사이에 사포층을 배치하여 상기 곤충 시편의 미끄러짐을 방지할 수 있다.
상기 DIC 부는 상기 반사된 곤충 시편의 하단을 촬영하는 카메라 및 상기 카메라의 평형 유지를 확인할 수 있는 기포 수준기를 결합한 카메라 지지체를 포함할 수 있다.
상기 DIC 부는 상기 곤충 시편의 충격 저항력을 측정하는 과정에서 상기 곤충 시편의 변형률을 산출하여 최대 파단 부위를 결정할 수 있다. 상기 DIC 부는 상기 곤충 시편에 도색된 페인트의 스펙클 패턴을 계속적으로 획득하여 상기 곤충 시편의 변형률을 산출할 수 있다. 상기 DIC 부는 상기 스펙클 패턴을 통해 비균질적으로 구성된 상기 곤충 시편에 대한 전 영역에 대한 변형률을 산출할 수 있다.
상기 DIC 부는 상기 곤충 시편의 충격 저항력을 측정하는 과정에서 미세스 스트레인 필드(Mises strain field)를 획득하여 상기 곤충 시편의 파단 부위를 예측할 수 있다.
실시예들 중에서, 곤충 시편의 충격 저항력 계측 장치는 곤충 시편에 대해 펀치팀의 가압에 의한 충격 저항력을 측정하는 펀치부, 관통공을 각각 형성한 한 쌍의 플레이트들을 통해 상기 곤충 시편의 양쪽을 고정하는 곤충 시편 고정부 및 상기 곤충 시편의 하단을 촬영하고 상기 펀치팁이 상기 곤충 시편에 가압될 때 상기 곤충 시편의 변형 측정과 미세스 스트레인 필드(Mises strain field)를 통한 상기 곤충 시편의 파단 부위 예측을 수행하는 DIC(Digital Image Correlation)부를 포함한다.
개시된 기술은 다음의 효과를 가질 수 있다. 다만, 특정 실시예가 다음의 효과를 전부 포함하여야 한다거나 다음의 효과만을 포함하여야 한다는 의미는 아니므로, 개시된 기술의 권리범위는 이에 의하여 제한되는 것으로 이해되어서는 아니 될 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 곤충 시편의 충격 저항력 계측 장치는 곤충 날개와 같은 메조 스케일 생체 조직 곤충 시편에 대한 충격 저항력과 변형을 계측하고 파단 부위를 예측할 수 있다. 예를 들어, 충격 저항력은 곤충 시편의 강성, 파괴하중 및 펀치 에너지를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 곤충 시편의 충격 저항력 계측 장치는 헥사곤(hexagon) 형상의 클램프들을 통해 곤충 시편을 균등한 압력으로 고정하여 충격 저항력을 정확하게 계측할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 곤충 시편의 충격 저항력 계측 장치는 디지털 화상 상관법(Digital Image Correlation, 이하 DIC 기법) 기법을 이용하여 곤충 시편의 구조 변형 및 변형률을 계측하고 파단 부위를 예측할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 곤충 시편의 충격 저항력 계측 장치 설명하는 측면도이다.
도 2는 도 1에 있는 곤충 시편 고정부를 나타내는 사시도 및 단면도 이다.
도 3은 도 1에 있는 곤충 시편으로서 제1종 딱정벌레의 형태와 앞날개 곤충 시편 가공 방법을 나타내는 도면이다.
도 4는 도 1에 있는 곤충 시편으로서 제1종 딱정벌레의 무게와 길이를 나타내는 도면이다.
도 5는 도 1에 있는 곤충 시편으로서 제1종 딱정벌레의 우측 앞날개 곤충 시편과 좌측 앞날개 곤충 시편의 전면 펀치 실험과 후편 펀치 실험의 파괴하중 결과를 나타내는 도면이다.
도 6은 도 1에 있는 곤충 시편으로서 제1종 딱정벌레의 우측 앞날개와 좌측 앞날개 사이의 파괴 하중의 비교 관계 도면이다.
도 7은 도 1에 있는 곤충 시편으로서 수컷 제1종 딱정벌레 앞날개 곤충 시편의 후면과 정면 펀치 실험 결과의 차이점을 나타내는 도면이다.
도 8은 도 1에 있는 곤충 시편으로서 암컷 제1종 딱정벌레에 대한 정면과 후면의 펀치 실험에서의 힘 - 변위 곡선을 나타내는 도면이다.
도 9는 도 1에 있는 곤충 시편으로서 암컷의 앞날개의 관통에 필요한 펀치 에너지가 수컷 보다 더 높음을 나타내는 도면이다.
도 10은 도 1에 있는 곤충 시편으로서 암컷 및 수컷 제1종 딱정벌레 앞날개 곤충 시편의 후면 펀치 실험에서의 변위 결과를 나타내는 도면이다.
도 11은 도 1에 있는 곤충 시편으로서 암컷과 수컷 제1종 딱정벌레 앞날개 곤충 시편의 강성을 조사하기 위해 두 곤충 시편의 힘과 변위 사이의 관계를 나타내는 도면이다.
도 12는 도 1에 있는 곤충 시편으로서 암컷 제1종 딱정벌레 곤충 시편의 정면 및 후면 펀치 실험에서 미세스 (Mises) 변형을 나타내는 도면이다.
도 13은 도 1에 있는 곤충 시편으로서 설명된 DIC 기법을 통한 변형률을 측정을 정확하게 하기 위해 미세스(Mises) 변형률 데이터를 나타내는 도면이다.
도 14 및 도 15는 전계 방출 주사 전자 현미경 (FESEM)을 사용하여 펀치 실험 후 제1종 딱정벌레 곤충 시편의 파편 형태를 나타내는 도면이다.
도 16은 도 1에 있는 곤충 시편(10)으로서 DIC 기법으로 측정한 암컷과 수컷 제1종 딱정벌레 앞날개 곤충 시편의 미세스 스트레인 필드(Mises strain field)를 이용한 파단 부위를 예측을 나타내는 도면이다.
도 17은 충격 저항력에 대한 제1종 딱정벌레 앞날개 곤충 시편이 가지는 곡률의 영향을 나타내는 도면이다.
도 2는 도 1에 있는 곤충 시편 고정부를 나타내는 사시도 및 단면도 이다.
도 3은 도 1에 있는 곤충 시편으로서 제1종 딱정벌레의 형태와 앞날개 곤충 시편 가공 방법을 나타내는 도면이다.
도 4는 도 1에 있는 곤충 시편으로서 제1종 딱정벌레의 무게와 길이를 나타내는 도면이다.
도 5는 도 1에 있는 곤충 시편으로서 제1종 딱정벌레의 우측 앞날개 곤충 시편과 좌측 앞날개 곤충 시편의 전면 펀치 실험과 후편 펀치 실험의 파괴하중 결과를 나타내는 도면이다.
도 6은 도 1에 있는 곤충 시편으로서 제1종 딱정벌레의 우측 앞날개와 좌측 앞날개 사이의 파괴 하중의 비교 관계 도면이다.
도 7은 도 1에 있는 곤충 시편으로서 수컷 제1종 딱정벌레 앞날개 곤충 시편의 후면과 정면 펀치 실험 결과의 차이점을 나타내는 도면이다.
도 8은 도 1에 있는 곤충 시편으로서 암컷 제1종 딱정벌레에 대한 정면과 후면의 펀치 실험에서의 힘 - 변위 곡선을 나타내는 도면이다.
도 9는 도 1에 있는 곤충 시편으로서 암컷의 앞날개의 관통에 필요한 펀치 에너지가 수컷 보다 더 높음을 나타내는 도면이다.
도 10은 도 1에 있는 곤충 시편으로서 암컷 및 수컷 제1종 딱정벌레 앞날개 곤충 시편의 후면 펀치 실험에서의 변위 결과를 나타내는 도면이다.
도 11은 도 1에 있는 곤충 시편으로서 암컷과 수컷 제1종 딱정벌레 앞날개 곤충 시편의 강성을 조사하기 위해 두 곤충 시편의 힘과 변위 사이의 관계를 나타내는 도면이다.
도 12는 도 1에 있는 곤충 시편으로서 암컷 제1종 딱정벌레 곤충 시편의 정면 및 후면 펀치 실험에서 미세스 (Mises) 변형을 나타내는 도면이다.
도 13은 도 1에 있는 곤충 시편으로서 설명된 DIC 기법을 통한 변형률을 측정을 정확하게 하기 위해 미세스(Mises) 변형률 데이터를 나타내는 도면이다.
도 14 및 도 15는 전계 방출 주사 전자 현미경 (FESEM)을 사용하여 펀치 실험 후 제1종 딱정벌레 곤충 시편의 파편 형태를 나타내는 도면이다.
도 16은 도 1에 있는 곤충 시편(10)으로서 DIC 기법으로 측정한 암컷과 수컷 제1종 딱정벌레 앞날개 곤충 시편의 미세스 스트레인 필드(Mises strain field)를 이용한 파단 부위를 예측을 나타내는 도면이다.
도 17은 충격 저항력에 대한 제1종 딱정벌레 앞날개 곤충 시편이 가지는 곡률의 영향을 나타내는 도면이다.
본 발명에 관한 설명은 구조적 내지 기능적 설명을 위한 실시예에 불과하므로, 본 발명의 권리범위는 본문에 설명된 실시예에 의하여 제한되는 것으로 해석되어서는 아니 된다. 즉, 실시예는 다양한 변경이 가능하고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로 본 발명의 권리범위는 기술적 사상을 실현할 수 있는 균등물들을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 본 발명에서 제시된 목적 또는 효과는 특정 실시예가 이를 전부 포함하여야 한다거나 그러한 효과만을 포함하여야 한다는 의미는 아니므로, 본 발명의 권리범위는 이에 의하여 제한되는 것으로 이해되어서는 아니 될 것이다.
한편, 본 출원에서 서술되는 용어의 의미는 다음과 같이 이해되어야 할 것이다.
"제1", "제2" 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위한 것으로, 이들 용어들에 의해 권리범위가 한정되어서는 아니 된다. 예를 들어, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함하는 것으로 이해되어야 하고, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 실시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이며, 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
여기서 사용되는 모든 용어들은 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미를 지니는 것으로 해석될 수 없다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 곤충 날개 충격 저항력 계측 장치의 측면도이고, 도 2a는 도1에 있는 곤충 시편 고정부를 나타낸 도면이며, 도 2b는 도 2a에 있는 곤충 시편의 A-A' 부분에 대한 단면도이다.
도 1 내지 도 2를 참조하면, 곤충 시편의 충격 저항력 계측 장치(100)는 펀치부(110), 하우징부(140), 곤충 시편 고정부(120), 미러부(130) 및 DIC 부(Digital Image Correlation Unit)(150)를 포함한다.
펀치부(110)는 펀치팁(112)과 로드셀(114)을 포함하고, 펀치부(110)는 펀치팁(112)을 통해 곤충 시편 고정부(120)에 고정된 곤충 시편에 가압을 수행할 수 있으며, 곤충 시편의 충격 저항력을 계측할 수 있다. 보다 구체적으로, 펀치부(110)는 펀치팁(112)에 의해 곤충 시편(10)에 가압될 때의 충격 저항력을 센싱하는 충격 저항력 측정 센서(미도시됨)로 구성된 로드셀(114)을 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 펀치팁(112)은 특정 강도의 구형팁을 가지는 실린더 형상으로 구성될 수 있다. 일 실시예에서, 로드셀(114)은 충격 저항력 측정 센서를 통해 펀치팁(112)의 반발력을 계측하여 곤충 시편(10)의 충격 저향력을 산출할 수 있다.
일 실시예에서, 펀치부(110)는 50N의 로드셀(114)을 포함 할 수 있다. 곤충 시편(10)의 중심은 지름 2.56 mm의 구형의 펀치팁(112)으로 가압 된다. 펀치 실험을 위해 로드셀(114)이 0.1N이 될 때까지 펀치팁(112)을 이동시킨다. 마지막으로 하중 및 변위 데이터 초기값을 “0”으로 설정하여 실험한다. 펀치팁(112)의 이동 속도는 1 mm/min로 설정할 수 있다. 시스템 교정을 포함하여 곤충 시편(10)의 충격 저항력을 1회 측정을 완료하는 데 필요한 시간은 15 분 미만이다. 실험의 첫 1 시간 동안 재료 강성이 1.9 % 만 변화했다는 결과에 의해 측정 된 곤충 시편(10)의 특성은 살아있는 딱정벌레의 특성과 동일하다는 결론을 내릴 수 있다.
곤충 시편(120)는 한 쌍의 플레이트들(200)을 포함한다. 한 쌍의 플레이트들(200)은 상단 플레이트(200a)와 하단 플레이트(200b)로 구분 할 수 있으며 중심부에 원형의 제2 관통공(230)이 형성되어 곤충 시편(10)을 관통하는 펀치팁(112)을 수용 할 수 있는 설계를 포함한다.
한 쌍의 플레이트들(200)은 헥사곤 형태로 배열된 클램프 관통공들을 포함하고 있어 복수의 클램프들(210)이 관통하도록 할 수 있다. 복수의 클램프들(210)은 한 쌍의 플레이트들(200)을 결합하여 상기 곤충 시편(10)을 고정 할 수 있다. 한 쌍의 플레이트들(200)은 하우징부(140) 상면에 결합을 위한 추가적인 클램프 관통공들을 포함 할 수 있다.
예를 들어, 곤충 시편(10)은 크기와 성이 다른 제1종 딱정벌레(A. dichotoma)의 앞날개로 제작되었다. 도면 3은 성체 수컷과 암컷 제1종 딱정벌레를 나타낸다. 딱정벌레는 실험 준비 시간 동안 잘 관리되도록 매일 식량과 물을 제공받을 수 있다. 하나의 앞 날개에 대해 실험 절차를 나열했지만, 다른 앞 날개들에 대해서도 동일한 절차가 반복될 수 있다. 딱정벌레의 운동성을 저하시키기 위해 냉동기 (-30℃)에 5 분 ~ 10 분 저온처리 할 수 있다. 딱정벌레의 형상과 무게를 형태학 연구를 위해 기록한다. 딱정벌레의 앞날개를 잘라내어 수분 손실을 최소화하기 위해 즉시 무게를 측정한다. 다음으로, 카메라를 사용하여 상기 앞날개를 촬영해 길이를 측정 할 수 있다. 도 4는 측정된 제1종 딱정벌레와 그 앞 날개의 무게와 길이를 나타낸다. DIC 기법을 사용하기 위해 앞날개의 표면을 스펙클 무늬로 처리 하기 위해 검정 페인트와 및 흰색 페인트를 앞 날개의 표면에 작은 점을 이루는 무작위 모자이크 방식으로 뿌릴 수 있다. 도 3은 약 40퍼센트에 해당하는 측정 부분을 앞 날개에서 절단하는 것을 나타낸다. 절단된 앞날개를 지름 13mm정도의 지름을 가진 원형 형상 곤충 시편(10)으로 가공한다. 이 가공된 곤충 시편(10)을 도 2에 나타낸 에폭시 글라스로 제작된 폭 3mm의 한 쌍의 플레이트들(200)을 포함하는 곤충 시편 고정부(120)에 클램프(210)를 이용하여 고정할 수 있다. 한 쌍의 플레이트들(200)은 상단 플레이트(200a)와 상단 플레이트(200b)로 나눌 수 있으며 플레이트들(200)은 중심부에 CNC기계를 사용해 형성된 지름 약 9mm의 원형 제2 관통공(230)을 포함한다. 원형의 제2 관통공(230)이 형성된 플레이트들은 곤충 시편(10)을 관통하는 펀치 실험기의 펀치팁(112)을 수용할 수 있다.
복수의 클램프들(210)은 헥사곤 형태로 형성되고 한 쌍의 플레이트들(200)과 결합하여 곤충 시편(10)을 균분한 압력을 통해 전 방향에서 동일한 힘으로 고정한다. 복수의 클램프들(210)은 곤충 시편(10)이 펀치팁(112)에 의해 가압되는 힘을 받아 발생되는 변형이 한쪽 방향으로 치우치지 않고 변형이 모든 방향으로 고르게 발생하게 해 곤충 시편(10)의 충격 저항력을 정확히 측정 할 수 있는 설계를 포함한다.
사포층(220)은 한 쌍의 플레이트(200)들 중 상단 플레이트(200a)의 후면과 상단 플레이트(200b)의 상면 사이에 결합 될 수 있다. 사포(220)층은 곤충 시편(10)의 미세한 이동을 방지한다.
일 실시예에서, 플레이트(200)들 사이에 내경 9mm, 외경 13mm의 형상의 사포(220) 2장을 상부 플레이트의(200a) 하단 면, 하부 플레이트(200b)의 상단 면 각각에 접착제를 사용하여 부착 할 수 있다.
하우징부(140)는 투명한 재질의 합성수지로 구성되는 육면체 형상에서 정면이 없는 다섯개의 면으로만 이루어진 육면체 설계를 포함한다. 하우징부(140)의 상단은 펀치부(110)의 펀치팁(112)이 관통 할 수 있는 원형의 제1 관통공(142)이 형성되어 있는 상단을 포함한다. 미러부(130)는 하우징부(140) 내부에 대각 방향으로 배치되어 곤충 시편(10)의 하단을 반사 할 수 있다.
일 실시예에서, 하우징부(140)는 투명한 재질의 합성수지로 제작되었으며 펀치부(110)의 펀치팁(112)을 수용 할 수 있는 원형의 제1 관통공(142)가 형성되어 있는 상단을 포함한다. 하우징부(140)는 약 45°의 각도로 대각으로 기울어진 거울을 고정시킨 미러부(130)를 포함한다. 미러부(130)에 반사되는 곤충 시편(10) 하단의 상을 원할하게 DIC 부(150)로 전달하기 위해 정면이 없는 다섯개의 면으로만 이루어진 육면체 설계를 포함 할 수 있다. 미러부(130)는 곤충 시편(10)의 하단을 반사해 DIC 부(150)의 카메라(152)가 측정 하게 할 수 있다.
DIC 부(150)는 DIC 기법을 사용하여 상기 곤충 시편(10)의 변위와 변형 및 파괴 메커니즘을 측정 할 수 있는 CCD 카메라(152)와 컨트롤러 박스(미도시됨)를 포함하는 3D DIC 시스템에 해당할 수 있다. 카메라(152)는 평형을 유지할 수 있게 하는 기포수준기(156)가 포함된 카메라 지지체(154) 및 고 대비 영상을 위한 할로겐 램프와 램프 지지대를 포함 할 수 있다. 또한, 카메라는 정확한 영상의 촬영을 위해 추가 렌즈와 확장 튜브를 포함 할 수 있다.
일 실시예에서, DIC 부(150)는 DIC (Digital Image Correlation) 기법을 사용하여 파괴 특성을 계측한다. DIC기법은 실험체에 발생되는 변위 및 변형률을 전 영역에서 평가할 수 있는 방법으로, 무작위로 분포되어 있는 스펙클 패턴을 이용해 디지털 이미지정보를 분석함으로써 곤충 시편(10)의 변형률을 얻을 수 있는 방법이며 비균질 곤충 시편(10)의 전 영역의 변형률을 알 수 있는 장점을 가지고 있다. DIC 부(150)는 3D DIC 시스템으로 컨트롤러 박스(미도시됨)와 2 대의 CCD 카메라(152)를 포함 할 수 있다. 카메라(152)는 수평을 유지할 수 있게 기포수준기가 부착된 받침대에 고정될 수 있다. 카메라(152)가 곤충 시편(10)을 명확하게 포착 할 수 있도록 미러부(130)가 포함된 하우징부(140) 정면에 위치시킬 수 있다. CCD 카메라(152)의 공간 해상도는 2024 × 2024 픽셀이다. 작은 영역 (9mm 원형)을 촬영하기 위해 CCD 카메라(152)에는 50mm 렌즈와 확장 튜브가 장착 될 수 있다. CCD 카메라(152)가 고 대비 이미지를 포착 할 수 있도록 두 개의 할로겐 램프를 상자 옆에 배치 할 수 있다. 곤충 시편(10)의 변형은 ARAMIS®® 소프트웨어(버전 6.0.2)으로 분석 할 수 있다. DIC 기법을 이용해 계측하기 전에, DIC 부(150)는 작은 교정용 패널로 교정 할 수 있다. 교정하는 동안 대상 패널을 이동, 기울이기 및 다른 방향으로 회전 시켰으며 모션 시퀀스 동안 각 위치의 두 카메라(152)에서 이미지를 수집 할 수 있다. 교정 편차가 나타내는 교정 정확도은 0.04 미만이어야 한다. 본 실시예에서 교정 편차는 0.029 이고 측정 된 부피는 30 × 30×× 10mm³ 이다. 충격 저항력 중 펀치 에너지를 측정하기 위해 Origin 프로그램(Originlab Corporation, USA)을 사용하여 힘 - 변위 곡선 아래의 면적으로 하여 측정 할 수 있다.
일 실시예에서, 도 3은 도 1에 있는 곤충 시편으로서 제1종 딱정벌레의 형태와 앞날개 곤충 시편 가공 방법을 나타내는 도면이다. 정면 펀치 실험은 펀치팁(112)이 곤충 시편(10)의 볼록한 면에 가해였으며 후면 펀치 실험은 펀치팁(112)이 곤충 시편(10)의 오목한 면에 가해 졌다. 변위, 변형률 및 파괴 특성은 DIC 기법을 사용하여 DIC 부(150)를 이용해 측정한다. 도면 4는 도 1에 있는 곤충 시편으로서 제1종 딱정벌레의 무게와 길이 및 앞날개의 무게와 길이를 나타낸다. 수컷 딱정벌레의 무게와 길이는 암컷 딱정벌레보다 무겁고 크며 수컷 딱정벌레의 앞날개 평균 무게와 길이는 각각 0.079 g과 30.5 mm 였고 암컷 딱정벌레의 앞날개 평균 무게와 길이는 각각 0.082 g과 27 mm였다. 앞날개의 정면과 후면의 펀치 실험 결과의 차이를 확인하기 위해 두 곤충 시편(10)은 날개의 동일한 위치에서 분리해야 한다. 그러나, 딱정벌레의 앞날개는 비균질적이기 때문에, 동일한 특성을 가진 두 개의 곤충 시편(10)을 하나의 날개에서 분리하는 것은 불가능하다. 이 문제를 해결하기 위해 좌측과 우측 날개에서 같은 위치의 곤충 시편(10) 두 개를 분리한다. 따라서 좌측 앞날개와 우측 앞날개 곤충 시편(10)은 동일한 방향과 동일한 방식으로 하중을 적용해 계측해야 한다.
일 실시예에서, 도 5는 도 1에 있는 곤충 시편(10)으로서 제1종 딱정벌레의 우측 앞날개 곤충 시편(10)과 좌측 앞날개 곤충 시편(10)의 전면 펀치 실험과 후편 펀치 실험의 파괴하중 결과를 나타내는 도면이다.
도 5는 좌측과 우측 곤충 시편(10)에 대한 펀치 실험 중 힘과 변위 사이의 관계를 나타낸다. 후방 펀치 실험의 경우, 힘은 변위에 선형이었고, 파단 하중으로 정의 된 최대 값을 달성했다. 힘은 최대 값에 도달 한 후 급격히 감소했다. 도6은 좌측 앞날개와 우측 앞날개 사이의 파괴 하중의 관계를 나타낸다. 도 6은 도 1에 있는 곤충 시편(10)으로서 제1종 딱정벌레의 좌측 곤충 시편(10)과 우측 곤충 시편(10)의 최대 하중 값이 동일 선상에 있음을 나타낸다. 따라서 딱정벌레의 좌측과 우측 앞날개에서 같은 위치의 곤충 시편(10)을 사용했을 때 좌측과 우측 앞날개 사이에 파단 하중에 차이가 없다는 것을 알 수 있다. 그러므로 좌측과 우측 날개를 사용하여 정면과 후면의 펀치 실험을 위해 좌측과 우측 두 개의 앞 날개를 분리 후 가공 할 수 있다. 본 실시예에서 5 마리의 수컷 딱정벌레가 선정되었다.
일 실시예에서, 도 7은 도 1에 있는 곤충 시편(10)으로서 수컷 제1종 딱정벌레 앞날개 곤충 시편(10)의 후면과 정면 펀치 실험 결과의 차이점을 나타낸다. 도7은 펀치팁(112)이 후면 펀치 실험에서 곤충 시편(10)과 접촉 한 후에는 힘이 빠르게 증가하고 최대 값에 도달 함을 나타낸다. 펀치 실험 초기에는 힘이 점차적으로 증가하고 이후 최대 값에 이르기까지 빠르게 증가한다. 도 7에는 전면 펀치 실험의 파괴 하중은 후면 실험의 파괴 하중보다 높음을 나타낸다. 정면 펀치 실험의 평균 파괴 하중은 약 20.2 ± 1.3N 0N (평균 ± S.D)이었고, 후면 펀치 실험의 평균 파괴 하중은 약 15.1 ± 1.0N (평균 ± S.D)을 나타낸다. 정면 펀치 실험의 파괴 하중이 후면 펀치 실험의 파괴 하중보다 33% 더 높음을 알 수 있다. 내부에서 보다 외부로부터 딱정벌레의 앞날개를 관통하는 것에 더 큰 힘이 필요함을 나타낸다.
일 실시예에서, 암컷 제1종 딱정벌레 앞날개 곤충 시편(10)의 파괴 하중의 차이를 계측하기 위한 펀치 실험을 위해 5 마리의 암컷 딱정벌레를 선정했다. 도 8는 도 1에 있는 곤충 시편(10)으로서 암컷 제1종 딱정벌레에 대한 정면과 후면의 펀치 실험에서의 힘 - 변위 곡선을 나타낸다. 암컷 딱정벌레에 대한 펀치 실험의 결과는 수컷 딱정벌레와 유사하게 나타났다. 그러나 암컷 딱정벌레 앞 날개의 정면 펀치 실험 결과 파괴 하중이 23 ± 1.8 N (평균 ± S.D)로 계측되어 수컷 딱정벌레 (정면 펀치 실험에서 20.2 N) 보다 더 큰 값을 보여준다.
예를 들어, 암컷 및 수컷 제1종 딱정벌레의 앞날개 곤충 시편(10)에 대한 전면 측 펀치 실험에서의 파괴 하중은 암컷 23N 및 수컷 20.2N 으로 계측되었다. 본 발명을 통해 계측한 제1종 딱정벌레의 앞날개 파괴 하중을 다른 곤충 표피 파괴 하중과 비교 할 수 있다. 제1종 딱정벌레의 관찰에서 관찰 된 파괴 하중은 제2종 벌레(T. castaneum (0.05 N))보다 높았다. 제3종 벌레(G. portentosa (25 N-30 N)) 보다 약간 작았으며 제4종 벌레 (B. craniifer (4 N-10 N)) 와 제5종 벌레 ((P. Americana (1 N-3 N)) 보다 높았다. 또한 제1종 딱정벌레 간의 싸움에서 최대 힘은 앞날개의 파괴 하중 (20.2 N-23 N)보다 훨씬 낮은 약 4N 이었다. 이것은 딱정벌레의 앞날개가 개체 간의 싸움에서 몸을 보호해 줄 수 있다는 것을 의미한다. 딱정벌레는 박쥐와 새와 같이 곤충을 포식하는 척추 동물의 잠재적 피식자이다. 앞날개의 충격 저항력 특성은 박쥐의 공격과 새가 부리로 찌르는 힘에 저항할 수 있으며 이러한 공격에 더 큰 저항력을 가진 앞날개는 포식자가 피식자를 놓칠 기회를 만들 수 있다. 따라서 딱정벌레는 포식자로부터 도망 갈 기회를 얻을 수 있을 것이다
일 실시예에서, 암컷과 수컷 제1종 딱정벌레 앞날개 곤충 시편(10)의 펀치 저항을 비교하기 위해 펀치 에너지를 계측할 수 있다. 앞날개를 완전히 뚫기 위해 필요한 전체 에너지를 결정하기 위해 하중 - 변위 곡선을 계측하였다. 도 9는 계산 된 펀치 에너지를 나타낸다.
도 9는 도 1에 있는 곤충 시편(10)으로서 암컷 제1종 딱정벌레 앞날개 곤충 시편(10)의 관통에 필요한 펀치 에너지가 수컷 제1종 딱정벌레 앞날개 곤충 시편(10)보다 더 높음을 나타낸다. 수컷 제1종 딱정벌레 앞날개 곤충 시편(10)의 경우 전면 및 후면 펀치 실험의 펀치 에너지는 각각 4.1 mJ ~ 7.1 mJ 및 3.7 mJ ~ 5.1 mJ로 나타났다. 한편, 암컷 제1종 딱정벌레 앞날개 곤충 시편(10) 경우 전면 및 후면 펀치 실험의 펀치 에너지는 각각 5.5mJ ~ 9.2mJ 및 4.6mJ ~ 4.9mJ로 나타났다. 계측 결과는 분명히 오랜 진화의 역사에서 비롯된 것으로 본 실시예를 통해 그 이유를 추측해 보았을 때, 암컷 딱정벌레는 수컷 딱정벌레가 가지는 뿔이 없기 때문에 앞 날개의 펀치 저항을 증가시켜 몸을 보호 해야 하지만, 수컷 딱정벌레는 몸을 보호하기 위해 커다란 뿔을 가지고있어 암컷에 비해 낮은 펀치 저항력을 가지고 있다는 가정을 할 수 있다. 개체 간의 싸움에서, 수컷 딱정벌레의 최대 싸움 힘은 약 4N이었다.
일 실시예에서, 도 10은 도 1에 있는 곤충 시편(10)으로서 암컷과 수컷 제1종 딱정벌레 앞날개 곤충 시편(10)의 후면 펀치 실험에서의 변위를 나타낸다. 이는 도 10(a)에 표시된 암컷 곤충 시편(10)의 변위가 도 10(b)에 표시된 수컷 곤충 시편(10)의 변위보다 약간 낮다는 것을 나타낸다. 곤충 시편(10)은 파손되기 전에 원추형으로 변형되었다.
일 실시예에서, 도 11은 도 1에 있는 곤충 시편(10)으로서 암컷과 수컷 제1종 딱정벌레 앞날개 곤충 시편(10)의 강성을 조사하기 위해 두 곤충 시편(10)의 힘과 변위 사이의 관계를 나타낸다.
도 11는 암컷 견본의 강성은 약 38.5 N/mm 이었고 수컷 견본의 강성은 약 26.3 N/mm 임을 나타낸다.
일 실시예에서, 도 12는 도 1에 있는 곤충 시편(10)으로서 정면 및 후면 펀치 실험에서 암컷 곤충 시편(10)의 미세스 (Mises) 변형을 나타낸다. 도 12a는 하중을 가한 후, 펀치팁(112)이 곤충 시편(10)과 접촉하는 위치에 변형이 집중되었음을 나타낸다. 이 변형은 기관 선에서 볼 수 있었다.
도 12b는 특히 후면 펀치 실험에서 변형이 잘 나타났다. 하중이 증가 할 때 기관선을 따라 변형이 증가함을 나타낸다. 이 때 두 번째 균열은 기관 선에 수직 인 방향으로 발생했다. 하중이 더 증가하면 균열이 곤충 시편(10)에 나타나서 기관 선에 평행 및 수직의 두 방향으로 확대되었다.
일 실시예에서, 도 13은 도 1에 있는 곤충 시편(10)으로서 변형률을 측정을 정확하게 하기 위해 미세스 (Mises) 변형률 데이터를 나타낸다.
도 13은 변형정도가 초기에 점진적으로 증가하고 균열이 발생하기 전에 최대 값으로 극적인 증가를 보이는 것을 나타낸다. 또한, 도 13은 중심점과 파단 점 사이의 변형정도를 비교해 파단점에서의 변형률이 중심점에서의 변형률과 다름을 나타내며 파단이 중심점에서 발생하지 않으며 최대 미세스(Mises) 변형률은 약 30 % 임을 나타낸다.
일 실시예에서, 도 14 및 도 15는 전계 방출 주사 전자 현미경 (FESEM)을 사용하여 펀치 실험 후 곤충 시편(10)의 파편 형태를 나타낸다.
도 14는 정면 펀치 실험에서 펀치팁(112)에 관통된 암컷 딱정벌레 앞날개인 곤충 시편(10)의 미세 구조를 나타낸다. 갈색 원은 곤충 시편(10)을 나타내고 흰색 원형은 펀치 끝 위치를 표시한다. 도 14는 곤충 시편(10)을 중심을 지나는 검정색 선을 따라 절단하여 펀치 실험에서 앞날의 미세 구조를 나타낸다. 도 14(a)는 실험 후 곤충 시편(10)의 상부층이 하부층으로부터 발생한 박리를 나타낸다. 도 14(b)는 또한 상부 및 하부 층상의 미세섬유 파단을 나타낸다. 도 14(c)는 상이한 방향으로 파단 된 미세섬유 가닥을 나타낸다. 도 14(d)는 곤충 시편(10)의 파단면이 명백한 계층 구조 및 섬유 파손을 포함하는 것을 나타낸다.
일 실시예에서, 도 15은 후면 펀치 실험에서 펀치팁(112)에 관통 된 수컷 딱정벌레 앞날개 곤충 시편(10)의 미세 구조를 나타냈다. 도 15는 상부와 하부 층 사이의 박리는 펀치팁(112)의 접촉 부위에서 명확하게 나타낸다. 또한 도 15 우측 이미지는 복합 층 구조를 나타낸다. 도 15 좌측 이미지는 섬유의 파단을 나타낸다.
일 실시예에서, 도 16은 DIC 기법으로 측정한 암컷과 수컷 제1종 딱정벌레 앞날개 곤충 시편(10)의 미세스 스트레인 필드(Mises strain field)를 이용한 파단 부위를 예측을 나타낸다. 도 16은 곤충 시편(10)이 펀치팁(112)에 의해 가압 된 힘을 받으면 기관선을 따라 발생하는 첫번째 균열을 나타낸다. 도 16의 두번째 이미지는 하중이 증가하면, 제1 균열이 확대되고 기관 선에 수직 한 방향으로 발생하는 제2 균열을 순차적으로 나타낸다. 도 16의 3번째 이미지는 하중이 가해지면 확대되는 2개의 균열을 나타낸다. 도 16의 네번째 이미지는 하중이 파괴 하중에 이르면 발생하는 두 균열의 파단을 나타낸다. 추가 하중이 가해지면 펀치팁(112)은 곤충 시편(10)을 관통해 원형의 관통공을 발생시킨다.
일 실시예에서, 도 17은 충격 저항력에 대한 제1종 딱정벌레 앞날개 곤충 시편(10)이 가지는 곡률의 영향을 나타낸다. 곡률의 영향을 실험하기 위해 비교적 평평한 곤충 시편(10)을 사용하여 펀치 실험을 실시했다. 최대한 평평한 곤충 시편(10)을 제작하기 위해 작은 곡률의 앞날개를 선택했으며 앞날개를 평평하게 늘려 정착물에 부착해 평평한 곤충 시편(10)을 제작했다. 평평한 곤충 시편(10)에 대한 실험 절차는 곡선 곤충 시편(10)에 대한 펀치 실험 실시예 방법과 유사하다. 도 17는 평평한 곤충 시편(10)의 펀치 실험에서의 힘과 변위 사이의 관계를 나타낸다.
도 17을 참조하면, 평평한 곤충 시편(10)의 실시예에서 정면 펀치 실험에서의 파단 하중은 후면 펀치 실험에서의 하중과 유사하게 나타낸다. 반면 곡률 곤충 시편(10)의 정면 펀치 실험 파단 하중은 후면 펀치 실험보다 높음을 나타낸다. 도 17은 앞날개의 곡률이 딱정벌레의 보호 특성에 중요한 역할을 한다는 것을 나타낸다.
상기 실시예들의 계측 결과로, 도 5 및 도 6은 도 1에 있는 곤충 시편(10)으로서 좌측 앞날개와 우측 앞날개의 동일한 위치 곤충 시편(10)의 파괴 하중에 차이가 없다는 것 나타낸다. 도 7 및 도 8은 도 1에 있는 곤충 시편(10)으로서 정면 펀치 실험에서 파괴하중은 뒷면 펀치 실험에서의 파괴하중보다 높음을 나타낸다.
도 9는 도 1에 있는 곤충 시편(10)으로서 정면과 뒷면 펀치 실험에서 수컷 딱정벌레의 펀치 에너지(4.1mJ ~ 7.1mJ, 3.7mJ ~ 5.1mJ)와 암컷 딱정벌레의 펀치에너지(5.5mJ ~ 9.2mJ 4.6 mJ 내지 4.9 mJ)룰 나타낸다.
도 11은 도 1에 있는 곤충 시편(10)으로서 암컷과 수컷 딱정벌레 앞 날개의 강성을 나타낸다. 도 11은 암컷 곤충 시편(10)의 강성은 약 38.5 N/mm이었고, 수컷 곤충 시편(10)의 강성은 약 26.3 N/mm으로, 암컷 앞날개가 수컷 앞날개보다 더 단단하다는 것을 나타낸다.
도 12, 도 13 및 도 16은 도 1에 있는 곤충 시편(10)으로서 DIC 기법을 활용해 암컷과 수컷 딱정벌레 앞 날개의 파괴 측정 시 나타나는 변위 변형률과 파단 부위를 나타낸다.
결과적으로, 곤충 시편의 충격 저항력 계측 장치(100)는 딱정벌레 앞날개의 충격 저항력인 강성, 파괴하중, 펀치 에너지와 DIC 기법을 통한 변형, 변형률, 파괴 지점에 대한 데이터를 정확하게 확보할 수 있다. 이러한 데이터 분석을 통해 곤충 생체 조직의 보호 특성을 이해하며 메조 스케일 생체 조직의 변형률과 기계적 특성에 대한 정확한 계측 할 수 있고 새로운 생물학적 복합 구조물의 설계방법을 제공 할 수 있다.
또한, 곤충 시편의 충격 저항력 계측 장치(100)는 펀치팁(112)과 로드셀(114)을 포함한 펀치부(110)와 곤충 시편 고정부(120)를 이용해 곤충 시편의 강성, 파괴하중 및 펀치에너지를 포함하는 충격 저항력을 계측 할 수 있다. 복수의 클램프들(210)은 헥사곤 형태로 형성되고 한 쌍의 플레이트들(200)과 결합하여 곤충 시편(10)을 균분한 압력을 통해 전 방향에서 동일한 힘으로 고정되어 변형이 한쪽 방향으로 치우치지 않고 변형이 모든 방향으로 고르게 발생하게 해 곤충 시편(10)의 충격 저항력을 정확히 측정 할 수 있다. 미러부(130)와 DIC 부(150)는 스펙클 페턴이 형성된 시편(10)을 DIC 기법을 활용해 분석하여 변형, 변형률 및 파괴 지점에 대한 데이터를 정확하게 확보할 수 있다.
상기에서는 본 출원의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 통상의 기술자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
10: 곤충 시편
100: 곤충 시편의 충격 저항력 계측 장치
110: 펀치부 112: 펀치팁
114: 로드셀
120: 곤충 시편 고정부 130: 미러부
140: 하우징부 142: 제1 관통공
150: DIC 부 152: 카메라
154: 카메라 지지체 156: 기포수준기
200a, 200b: 플레이트 210a, 210b: 클램프
220a, 220b: 사포 230: 제2 관통공
100: 곤충 시편의 충격 저항력 계측 장치
110: 펀치부 112: 펀치팁
114: 로드셀
120: 곤충 시편 고정부 130: 미러부
140: 하우징부 142: 제1 관통공
150: DIC 부 152: 카메라
154: 카메라 지지체 156: 기포수준기
200a, 200b: 플레이트 210a, 210b: 클램프
220a, 220b: 사포 230: 제2 관통공
Claims (10)
- 구형팁을 가지는 실린더 형상으로 구성되는 펀치팁과 상기 펀치팁에 의해 가압될 때의 충격 저항력을 측정하는 충격 저항력 측정 센서로 구성된 로드셀을 곤충 시편을 향해 이동시키는 펀치부;
상기 곤충 시편의 양쪽에 배치되고 중심부에 상기 곤충 시편을 관통하는 펀치팁을 수용할 수 있는 제2 관통공이 형성되는 한 쌍의 플레이트들 및 상기 한 쌍의 플레이트들 사이에 헥사곤(hexagon)으로 배치되는 복수의 클램프들을 포함하여 상기 곤충 시편의 양쪽에서 균등한 압력으로 고정하는 곤충 시편 고정부;
상단에 상기 제2 관통공에 대향하여 형성되는 제1 관통공 및 내부에 대각 방향으로 배치되어 상기 곤충 시편의 하단을 반사하는 미러를 포함하는 한면이 없는 육면체 형상으로 된 하우징부; 및
상기 반사된 곤충 시편의 하단을 촬영하고 상기 펀치팁이 상기 곤충 시편에 가압될 때 상기 곤충 시편의 변형을 측정하는 DIC(Digital Image Correlation)부를 포함하는 곤충 시편의 충격 저항력 계측 장치.
- 삭제
- 제1항에 있어서, 상기 곤충 시편 고정부는
상기 한 쌍의 플레이트들에 상호 대항하며 상기 복수의 클램프들의 삽입 위치에 형성되는 복수의 클램프 관통공들을 형성하는 것을 특징으로 하는 곤충 시편의 충격 저항력 계측 장치.
- 제3항에 있어서, 상기 곤충 시편 고정부는
상기 한 쌍의 플레이트들 사이에 사포층을 배치하여 상기 곤충 시편의 미끄러짐을 방지하는 것을 특징으로 하는 곤충 시편의 충격 저항력 계측장치.
- 제1항에 있어서, 상기 DIC 부는
상기 반사된 곤충 시편의 하단을 촬영하는 카메라; 및
상기 카메라의 평형 유지를 확인할 수 있는 기포 수준기를 결합한 카메라 지지체를 포함하는 것을 특징으로 하는 곤충 시편의 충격 저항력 계측장치.
- 제1항에 있어서, 상기 DIC 부는
상기 곤충 시편의 충격 저항력을 측정하는 과정에서 상기 곤충 시편의 변형률을 산출하여 최대 파단 부위를 결정하는 것을 특징으로 하는 곤충 시편의 충격 저항력 계측 장치.
- 제6항에 있어서, 상기 DIC 부는
상기 곤충 시편에 도색된 페인트의 스펙클 패턴을 계속적으로 획득하여 상기 곤충 시편의 변형률을 산출하는 것을 특징으로 하는 곤충 시편의 충격 저항력 계측 장치.
- 제7항에 있어서, 상기 DIC 부는
상기 스펙클 패턴을 통해 비균질적으로 구성된 상기 곤충 시편에 대한 전 영역에 대한 변형률을 산출하는 것을 특징으로 하는 곤충 시편의 충격 저항력 계측 장치.
- 제1항에 있어서, 상기 DIC 부는
상기 곤충 시편의 충격 저항력을 측정하는 과정에서 미세스 스트레인 필드(Mises strain field)를 획득하여 상기 곤충 시편의 파단 부위를 예측하는 것을 특징으로 하는 곤충 시편의 충격 저항력 계측 장치.
- 특정 강도의 구형팁을 가지는 실린더 형상으로 구성되는 펀치팁 및 로드셀을 포함하고, 곤충 시편에 대해 상기 펀치팁의 가압에 의한 충격 저항력을 측정하는 펀치부;
관통공을 각각 형성한 한 쌍의 플레이트들을 통해 상기 곤충 시편의 양쪽을 고정하고 복수의 클램프들을 상기 한 쌍의 플레이트들과 헥사곤 형태로 결합하여 상기 곤충 시편을 균분한 압력을 통해 전 방향에서 동일한 힘으로 고정하는 곤충 시편 고정부; 및
상기 곤충 시편의 하단을 촬영하고 상기 펀치팁이 상기 곤충 시편에 가압될 때 상기 곤충 시편의 변형 측정과 미세스 스트레인 필드(Mises strain field)를 통한 상기 곤충 시편의 파단 부위 예측을 수행하는 DIC(Digital Image Correlation)부를 포함하는 곤충 시편의 충격 저항력 계측 장치.
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| KR20190118920A (ko) | 2019-10-21 |
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