KR102496188B1 - 굽힘 피로 시험용 지그 - Google Patents

굽힘 피로 시험용 지그 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 좌우로 간격을 두고 마주하게 배치되어 굽힘 피로 시험 대상이 되는 시편의 길이 방향 일단 및 타단을 각각 물어 고정하는 한 쌍의 고정편; 상기 고정편 각각의 길이 방향 일 단부를 회전 가능하게 지지하되, 하단으로부터 상단으로 향하며 상기 시편을 향하여 사전 설정된 각도로 기울어 배치되는 한 쌍의 하부 지지편; 상기 하부 지지편 어느 하나 및 다른 하나의 하단을 지지하되, 구동수단 구동에 의해 승강하는 가동플레이트; 상기 고정편 어느 하나와 다른 하나의 길이 방향 다른 단부를 회전 가능하게 지지하는 한 쌍의 상부 지지편; 및 상기 상부 지지편 어느 하나 및 다른 하나의 상단을 회전 가능하게 지지하는 고정플레이트;를 포함하는 것을 특징으로 하는 굽힘 피로 시험용 지그에 관한 것이다.

Description

굽힘 피로 시험용 지그{jig for bending fatigue test}
본 발명은 굽힘 피로 시험용 지그에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 굽힘 하중 작용에 의한 시편의 파단이 시편의 길이 방향 일단과 타단 사이 중심에서 이루어짐으로써 시편의 피로수명을 정확히 얻을 수 있게 됨에 따라 굽힘 피로 시험 결과의 신뢰도를 높일 수 있도록 하는 굽힘 피로 시험용 지그에 관한 것이다.
최근 친환경 연료의 하나로 액화천연가스(LNG : liquefied natural gas)가 주목받고 있다.
액화천연가스는 메탄을 주성분으로 하는 천연가스를 0.7bar 이하의 압력과 -163℃ 정도의 극저온 환경에서 냉각 압축하여 액화한 것으로서, 질소산화물 제거로 인하여 오염물질 발생이 최소화될 뿐만 아니라 타 연료에 비해 발열량이 매우 높고, 비중이 공기보다 낮아 타 연료에 비해 폭발의 위험이 덜 수 있어 공업 연료, 도시 가스 및 발전 연료로 폭 넓게 활용되고 있다.
한편, 액화천연가스는 기체상태의 천연가스에 비해 약 600배 정도 부피 감소가 이루어질 있는바, 수송이 용이할 수 있다.
이때, 액화천연가스 수송 수단으로서 수송선이 이용되고 있다.
액화천연가스 수송선은 0.7bar 이하의 압력과 -163℃ 정도의 극저온 환경을 유지하는 화물창이 마련되는바, 액화천연가스의 상태 변화없이 안정적인 수송이 이루어질 수 있다.
다만, 액화천연가스 수송선의 화물창에서는 선박의 6자유도 운동으로 인해 내부 액체 흐름, 즉 슬로싱이 발생하므로 슬로싱에 의한 압력 증가로 인해 화물창에 구조적 손상이 따를 수 있다.
또한, 액화천연가스 수송선의 화물창에서 적재 및 하역이 이루어질 때에는 온도 변화가 반복적으로 발생하게 되어 온도 변화에 의한 부하가 따르게 되므로 화물창에 구조적 손상이 따를 수 있다.
이러한 이유로 액화천연가스 수송선의 화물창을 이루는 방벽 등에 적용되는 강재 등을 대상으로 굽힘 피로 시험을 실시하여 굽힘 피로 성능이 검증된 강재 등을 화물창의 방벽 등에 적용하고 있다.
이때, 굽힘 피로 시험 대상이 되는 시편은 극저온 환경에서 대한민국 공개특허 제10-2011-0102986호 등에 개시된 바와 같은 각종의 '굽힘 피로 시험용 지그'에 고정되어 굽힘이 이루어지게 된다.
그러나 종래 굽힘 피로 시험용 지그는, 통상 탄소강(S45C)으로 제작되었던바, 극저온 환경에서의 시험 후 녹이 발생하였으므로 차후 사용에 곤란함이 따르는 문제가 있었을 뿐만 아니라 특히 시편에 가해지는 굽힘 하중이 시편의 길이 방향 일단과 타단 사이 중심으로부터 일측으로 치우쳤던바, 도 5에 도시된 바와 같이 굽힘 하중 작용에 의한 시편(100)의 파단이 시편(100)의 중심을 벗어난 부위에서 이루어졌으므로 시편(100)의 피로수명을 정확히 얻을 수 없게 되어 굽힘 피로 시험 결과의 신뢰도가 저하되는 문제가 있었다.
상기의 이유로 해당 분야에서는 극저온 환경에서 시험 후 녹 발생을 방지할 수 있도록 하는 것은 물론 굽힘 하중 작용에 의한 시편의 파단이 시편 중심에서 이루어져 시편의 피로수명을 정확히 얻을 수 있음으로써 굽힘 피로 시험 결과의 신뢰도를 높일 수 있도록 하는 굽힘 피로 시험용 지그의 개발을 시도하고 있으나, 현재까지는 만족할만한 결과를 얻지 못하고 있는 실정이다.
대한민국 공개특허 제10-2011-0102986호
본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해소하기 위하여 제안된 것으로, 굽힘 하중 작용에 의한 시편의 파단이 시편 중심에서 이루어져 시편의 피로수명을 정확히 얻을 수 있음으로써 굽힘 피로 시험 결과의 신뢰도를 높일 수 있도록 하는 굽힘 피로 시험용 지그를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은,
좌우로 간격을 두고 마주하게 배치되어 굽힘 피로 시험 대상이 되는 시편의 길이 방향 일단 및 타단을 각각 물어 고정하는 한 쌍의 고정편; 상기 고정편 각각의 길이 방향 일 단부를 회전 가능하게 지지하되, 하단으로부터 상단으로 향하며 상기 시편을 향하여 사전 설정된 각도로 기울어 배치되는 한 쌍의 하부 지지편; 상기 하부 지지편 어느 하나 및 다른 하나의 하단을 지지하되, 구동수단 구동에 의해 승강하는 가동플레이트; 상기 고정편 어느 하나와 다른 하나의 길이 방향 다른 단부를 회전 가능하게 지지하는 한 쌍의 상부 지지편; 및 상기 상부 지지편 어느 하나 및 다른 하나의 상단을 회전 가능하게 지지하는 고정플레이트;를 포함하는 것을 특징으로 하는 굽힘 피로 시험용 지그를 제안한다.
상기 고정편은 선단에 나선물림하여 결합하는 적어도 하나의 체결부재를 포함한다.
상기 가동플레이트는 상기 하부 지지편 어느 하나 및 다른 하나의 하단을 지지하되, 어느 하나 상기 하부 지지편 하단을 회전 가능하게 지지할 수 있다.
상기 구동수단은 유압 또는 공압 작용에 의해 로드의 출몰이 이루어지는 실린더일 수 있다.
상기 고정편, 하부 지지편, 가동플레이트, 상부 지지편 및 고정플레이트는 스테인리스 스틸(Stainless steel)로 형성될 수 있다.
본 발명에 의한 굽힘 피로 시험용 지그는, 고정편 각각의 길이 방향 일 단부를 회전 가능하게 지지하는 한 쌍의 하부 지지편이 하단으로부터 상단으로 향하며 시편을 향하여 사전 설정된 각도로 기울어 배치되는바, 가동플레이트의 상승이 이루어질 때 하부 지지편에 의해 지지되는 고정편 각각의 선단부가 자연스럽게 동일폭으로 하방향 회전하여 시편의 길이 방향 일단과 타단 사이 중심이 굽혀지게 되고, 이에 의해 굽힘 하중이 시편의 길이 방향 일단과 타단 사이 중심으로 유도되어 굽힘 하중 작용에 의한 시편의 파단이 시편의 중심에서 이루어지게 되므로 시편의 피로수명을 정확히 얻을 수 있어 굽힘 피로 시험 결과의 신뢰도를 높일 수 있다.
또한, 본 발명에 의한 굽힘 피로 시험용 지그는, 고정편, 하부 지지편, 가동플레이트, 상부 지지편 및 고정플레이트는 스테인리스 스틸(Stainless steel)로 형성되는바, 재질의 특성상 극저온 환경에서 굽힘 피로 시험이 이루어진 이후에도 녹 발생이 방지될 수 있으므로 녹 발생으로 인한 차후 사용 곤란이 해소될 수 있다.
도 1은 본 발명에 의한 굽힘 피로 시험용 지그의 구조를 설명하기 위한 정면도이다.
도 2는 본 발명에 의한 굽힘 피로 시험용 지그에서 시편의 고정을 설명하기 위한 예시도이다.
도 3은 본 발명에 의한 굽힘 피로 시험용 지그에서 가동플레이트 승강에 의한 굽힘 하중 작용을 설명하기 위한 예시도이다.
도 4는 본 발명에 의한 굽힘 피로 시험용 지그를 통한 굽힘 피로 시험에서의 시편 파단 형태를 보인 예시도이다.
도 5는 종래 굽힘 피로 시험용 지그를 통한 굽힘 피로 시험에서의 시편 파단 형태를 보인 예시도이다.
이하, 첨부 도면에 의거 본 발명에 대하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 1에 도시된 바와 같이 본 발명에 의한 굽힘 피로 시험용 지그(A)는, 고정편(10); 하부 지지편(20); 가동플레이트(30); 상부 지지편(40); 및 고정플레이트(50);를 포함한다.
본 발명의 고정편(10)은, 좌우로 간격을 두고 마주하게 배치되어 굽힘 피로 시험 대상이 되는 시편(100)의 길이 방향 일단 및 타단을 각각 물어 고정한다.
이때, 고정편(10)은 선단에 나선물림하여 결합하는 적어도 하나의 체결부재(11)를 포함함으로써 고정편(10) 각각의 선단에 안착되는 시편(100)의 길이 방향 어느 일단에 형성되는 통공(110) 내측으로 체결부재(11)를 삽입하여 체결함에 따라 시편(100)의 길이 방향 일단 및 타단이 물려 고정될 수 있다.
한편, 고정편(10)은 스테인리스 스틸(Stainless steel)로 형성됨으로써 재질의 특성상 극저온 환경에서 굽힘 피로 시험이 이루어진 이후에도 녹 발생이 방지될 수 있
본 발명의 하부 지지편(20)은 고정편(10) 각각의 길이 방향 일 단부를 회전 가능하게 지지한다.
이때, 하부 지지편(20)은 하단으로부터 상단으로 향하며 시편(100)을 향하여 사전 설정된 각도로 기울어 배치됨으로써 가동플레이트(30)의 상승이 이루어짐에 따라 하부 지지편(20)에 의해 지지되는 고정편(10) 각각의 선단부(시편과 접촉하는 길이 방향 일단부)가 자연스럽게 동일폭으로 하방향 회전하여 시편(100)의 길이 방향 일단과 타단 사이 중심이 굽혀질 수 있다.
그리고 하부 지지편(20)은 상단이 고정편(10) 길이 방향 일단에 힌지 결합됨으로써 고정편(10)을 상하로 회전 가능하게 지지할 수 있다.
한편, 하부 지지편(20)은 스테인리스 스틸(Stainless steel)로 형성됨으로써 재질의 특성상 극저온 환경에서 굽힘 피로 시험이 이루어진 이후에도 녹 발생이 방지될 수 있
본 발명의 가동플레이트(30)는 하부 지지편(20) 어느 하나 및 다른 하나의 하단을 지지하되, 구동수단(31) 구동에 의해 승강한다.
이때, 가동플레이트(30)는 하부 지지편(20) 어느 하나 및 다른 하나의 하단을 지지하되, 어느 하나 하부 지지편(20) 하단을 회전 가능하게 지지함으로써 해당 하부 지지편(20)의 회전이 이루어질 수 있다.
여기서, 어느 하나 하부 지지편(20) 하단을 회전 가능하게 지지하는 가동플레이트(30)는 해당 하부 지지편(20)에 힌지 결합됨으로써 해당 하부 지지편(20)을 상하로 회전 가능하게 지지할 수 있다.
그리고 가동플레이트(30) 승강에 관여하는 구동수단(31)은 유압 또는 공압 작용에 의해 로드의 출몰이 이루어지는 실린더임으로써 로드 출몰에 의해 가동플레이트(30)의 승강이 이루어질 수 있다.
한편, 가동플레이트(30)는 스테인리스 스틸(Stainless steel)로 형성됨으로써 재질의 특성상 극저온 환경에서 굽힘 피로 시험이 이루어진 이후에도 녹 발생이 방지될 수 있다.
본 발명의 상부 지지편(40)은 고정편(10) 어느 하나와 다른 하나의 길이 방향 다른 단부를 회전 가능하게 지지한다.
이때, 상부 지지편(40)은 하단이 고정편(10) 길이 방향 다른 단부에 힌지 결합됨으로써 해당 고정편(10)을 상하로 회전 가능하게 지지할 수 있다.
한편, 상부 지지편(40)은 스테인리스 스틸(Stainless steel)로 형성됨으로써 재질의 특성상 극저온 환경에서 굽힘 피로 시험이 이루어진 이후에도 녹 발생이 방지될 수 있다.
본 발명의 고정플레이트(50)는 상부 지지편(40) 어느 하나 및 다른 하나의 상단을 회전 가능하게 지지한다.
이때, 고정플레이트(50)는 상부 지지편(40) 상단에 힌지 결합됨으로써 해당 상부 지지편(40)을 상하로 회전 가능하게 지지할 수 있다.
한편, 고정플레이트(50)는 스테인리스 스틸(Stainless steel)로 형성됨으로써 재질의 특성상 극저온 환경에서 굽힘 피로 시험이 이루어진 이후에도 녹 발생이 방지될 수 있다.
그리고 고정플레이트(50)는 지지대(도면상 미도시) 등에 고정됨으로써 가동플레이트(30)의 승강이 이루어지더라도 고정플레이트(50)의 승강이 방지될 수 있다.
본 발명에 의한 굽힘 피로 시험용 지그(A)를 이용한 굽힘 피로 시험에 관하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
본 발명에서 굽힘 피로 시험 대상이 되는 시편(100)은 좌우로 간격을 두고 배치되는 한 쌍의 고정편(10) 사이에 고정된다.
이때, 본 발명의 고정편(10)은 선단에 나선물림하여 결합하는 적어도 하나의 체결부재(11)를 포함하는바, 도 2에 도시된 바와 같이 고정편(10) 각각의 선단에 안착되는 시편(100)의 길이 방향 어느 일단에 형성되는 통공(110) 내측으로 체결부재(11)를 삽입하여 체결함에 따라 시편(100)의 길이 방향 일단 및 타단이 고정편(10)에 물려 고정될 수 있다.
그리고 시편(100)의 고정이 완료된 상태에서 본 발명의 가동플레이트(30) 상승이 이루어진다.
이때, 가동플레이트(30)의 상승은 구동수단(31)에 의해 이루어질 수 있다.
여기서, 구동수단(31)은 유압 또는 공압 작용에 의해 로드의 출몰이 이루어지는 실린더인바, 로드 삽입이 이루어짐에 따라 가동플레이트(30)의 상승이 이루어질 수 있다.
한편, 고정편(10)의 길이 방향 일단은 가동플레이트(30) 상부로 이어지는 하부 지지편(20)에 의해 지지된다.
이때, 하부 지지편(20)은 상단이 고정편(10) 길이 방향 일단에 힌지 결합되어 하부 지지편(20)에 의해 지지되는 고정편(10)의 길이 방향 일단이 상하로 회전할 수 있고, 고정편(10)의 다른 일단을 지지하는 상부 지지편(40)은 하단이 고정편(10) 길이 방향 다른 단부에 힌지 결합되어 상부 지지편(40)에 의해 지지되는 고정편(10)의 길이 방향 다른 단부가 상하로 회전할 수 있으며, 상부 지지편(40) 어느 하나 및 다른 하나를 지지하는 고정플레이트(50)는 상부 지지편(40) 상단에 힌지 결합되어 고정플레이트(50)에 의해 지지되는 상부 지지편(40)이 상하로 회전할 수 있다.
따라서 가동플레이트(30)의 상승이 이루어짐에 따라 도 3에 도시된 바와 같이 고정편(10) 선단부의 하방향 회전이 이루어지게 되어 고정편(10)에 의해 지지되는 시편(100)이 굽혀지며 굽힘 하중이 작용하게 되는바, 굽힘 하중 작용에 의한 시편(100)의 파단이 이루어질 때의 해당 굽힘 하중을 측정함으로써 해당 시편(100)의 피로수명을 얻을 수 있다.
여기서, 급힘 하중의 측정은 시편(100)에 배치되는 별도의 측정수단(도면상 미도시)에 의해 이루어질 수 있다.
다만, 굽힘 하중이 시편(100)의 길이 방향 일단과 타단 사이 중심에 미치지 않게 되면 굽힘 하중 작용에 따른 시편(100)의 파단이 중심 이외 부위에서 이루어지게 되어 해당 시편(100)의 피로수명을 정확히 얻을 수 없게 되므로 굽힘 피로 시험 결과의 신뢰도가 저하될 수 있다.
그러나 본 발명에서 한 쌍의 하부 지지편(20)은, 하단으로부터 상단으로 향하며 시편(100)을 향하여 사전 설정된 각도로 기울어 배치되는바, 가동플레이트(30)의 상승이 이루어질 때 하부 지지편(20)에 의해 지지되는 고정편(10) 각각의 선단부가 자연스럽게 동일폭으로 하방향 회전하여 시편(100)의 길이 방향 일단과 타단 사이 중심이 굽혀지게 되고, 이에 의해 굽힘 하중이 시편(100)의 길이 방향 일단과 타단 사이 중심으로 유도되어 도 4에 도시된 바와 같이 굽힘 하중 작용에 의한 시편(100)의 파단이 시편(100)의 중심에서 이루어지게 되므로 시편(100)의 피로수명을 정확히 얻을 수 있어 굽힘 피로 시험 결과의 신뢰도를 높일 수 있다.
한편, 본 발명에 의한 굽힘 피로 시험용 지그(A)는 극저온 환경에서의 굽힘 피로 시험 이후 녹 발생을 방지할 수 있다.
즉, 본 발명의 고정편(10), 하부 지지편(20), 가동플레이트(30), 상부 지지편(40) 및 고정플레이트(50)는 스테인리스 스틸(Stainless steel)로 형성되는바, 재질의 특성상 극저온 환경에서 굽힘 피로 시험이 이루어진 이후에도 녹 발생이 방지될 수 있으므로 녹 발생으로 인한 차후 사용 곤란이 해소될 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같은 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하므로 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위 내에서 변경 가능하며, 그와 같은 변경은 이하 청구범위 기재에 의하여 정의되는 본 발명의 보호범위 내에 있게 된다.
10 : 고정편
11 : 체결부재
20 : 하부 지지편
30 : 가동플레이트
31 : 구동수단
40 : 상부 지지편
50 : 고정플레이트
100 : 시편
110 : 통공
A : 굽힘 피로 시험용 지그

Claims (5)

  1. 좌우로 간격을 두고 마주하게 배치되어 굽힘 피로 시험 대상이 되는 시편의 길이 방향 일단 및 타단을 각각 물어 고정하는 한 쌍의 고정편;
    상기 시편에 더 멀리 위치하는 상기 고정편 어느 하나와 다른 하나의 길이 방향 일 단부를 회전 가능하게 지지하되, 하단으로부터 상단으로 향하며 상기 시편을 향하여 사전 설정된 각도로 기울어 배치되는 한 쌍의 하부 지지편;
    상기 하부 지지편 어느 하나 및 다른 하나의 하단을 지지하되, 구동수단 구동에 의해 승강하는 가동플레이트;
    상기 시편에 더 가까이 위치하는 상기 고정편 어느 하나와 다른 하나의 길이 방향 다른 단부를 회전 가능하게 지지하는 한 쌍의 상부 지지편; 및
    상기 상부 지지편 어느 하나 및 다른 하나의 상단을 회전 가능하게 지지하는 고정플레이트;를 포함하고,
    상기 하부 지지편은, 상기 시편에 더 멀리 위치하는 상기 고정편 어느 하나와 다른 하나의 길이 방향 일 단부인 상기 고정편 말단부를 상방향 및 하방향으로 회전 가능하게 지지하며,
    상기 상부 지지편은, 상기 시편에 더 가까이 위치하는 상기 고정편 어느 하나와 다른 하나의 길이 방향 다른 단부인 상기 고정편 선단부를 상방향 및 하방향으로 회전 가능하게 지지하고,
    상기 가동플레이트가 상승하여 상기 하부 지지편에 의해 회전 가능하게 지지되는 상기 고정편 말단부가 상방향 회전하면서 상기 상부 지지편에 의해 회전 가능하게 지지되는 상기 고정편 선단부가 하방향 회전함에 따라 상기 고정편 사이에 고정된 상기 시편의 길이 방향 일단과 타단 사이 중심에 굽힘 하중이 작용하는 것을 특징으로 하는 굽힘 피로 시험용 지그.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 고정편은 선단에 나선물림하여 결합하는 적어도 하나의 체결부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 굽힘 피로 시험용 지그.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 가동플레이트는 상기 하부 지지편 어느 하나 및 다른 하나의 하단을 지지하되, 어느 하나 상기 하부 지지편 하단을 회전 가능하게 지지하는 것을 특징으로 하는 굽힘 피로 시험용 지그.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 구동수단은 유압 또는 공압 작용에 의해 로드의 출몰이 이루어지는 실린더인 것을 특징으로 하는 굽힘 피로 시험용 지그.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 고정편, 하부 지지편, 가동플레이트, 상부 지지편 및 고정플레이트는 스테인리스 스틸(Stainless steel)로 형성되는 것을 특징으로 하는 굽힘 피로 시험용 지그.
KR1020210192452A 2021-12-30 2021-12-30 굽힘 피로 시험용 지그 KR102496188B1 (ko)

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