KR102630897B1 - 응력완화 시험용 고체 추진제 시편 고정지그 및 이를 사용한 시험장치 - Google Patents

응력완화 시험용 고체 추진제 시편 고정지그 및 이를 사용한 시험장치 Download PDF

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Abstract

본 개시에 따른 응력완화 시험용 고체 추진제 시편 고정지그는 고체 추진제 시편을 상부지그와 하부지그로 고정하고 이를 동적기계분석기에 적용함으로써 고체 추진제 시편의 크기를 줄이면서도 신뢰도 높은 측정결과를 얻을 수 있다.

Description

응력완화 시험용 고체 추진제 시편 고정지그 및 이를 사용한 시험장치{Solid propellant specimen fixing jig for stress relaxation test and test apparatus using the same}
본 개시는 고체 추진제 시편의 응력완화 시험용 지그 및 이를 포함하는 응력완화 시험장치에 관한 것이다.
유도미사일은 설계 용이성, 저장성, 발사 신속성 등의 이유로 일반적으로 고체 추진제를 충전하여 사용하고 있다. 평시에 유도미사일은 장기간에 걸쳐 저장할 수 있다. 장기간 저장된 유도미사일은 수명평가를 위하여 고체 추진제의 노화 경향을 분석한다.
고체 추진제에는 점탄성 재료로서 온도별 응력완화특성을 측정하여 노화 경향을 분석하는 방법을 적용한다. 응력완화특성은 재료에 변형을 일정하게 유지할 때 내부응력이 시간 경과함에 따라 감소하는 현상이다.
일반적으로 고체 추진제의 응력완화특성은 인장시험기를 이용한 단축인장방식을 사용하거나, 또는 동적기계분석기를 이용한 양단고정 굽힘방식을 사용하였다.
한국공개특허 제20-2009-0005053호(2009.05.27.)
본 개시의 일 측면에 따르면, 고체 추진제 시편의 크기를 줄이면서도 신뢰도 높은 측정결과를 얻을 수 있는 응력완화 시험용 고체 추진제 시편 고정지그 및 이를 포함하는 응력완화 시험장치를 제공할 수 있다.
본 개시에 따른 응력완화 시험용 고체 추진제 시편 고정지그는 고체 추진제의 응력완화 시험을 위한 고체 추진제 시편을 지면에 수직한 방향으로 시험기에 장착하도록 상기 고체 추진제 시편과 결합하는 시편 고정지그에 있어서, 일단부에는 상기 시험기에 장착하는 상부 장착부를 형성하고, 타단부에는 홈을 형성한 상부지그; 및 일단부에는 상기 시험기에 장착하는 하부 장착부를 형성하고 타단부에는 홈을 형성한 하부지그; 를 포함하고, 상기 상부지그의 홈에는 상기 고체 추진제 시편의 일단이 결합하고, 상기 하부지그의 홈에는 상기 고체 추진제 시편의 타단이 결합할 수 있다.
또한, 상기 상부지그의 홈과 하부지그의 홈이 형성하는 폭은 상기 고체 추진제 시편의 폭보다 길게 형성할 수 있다.
또한, 상기 고체 추진제 시편의 길이방향 중심선과 상기 상부지그의 길이방향 중심선이 일치하도록 상기 상부지그의 홈에 상기 고체 추진제 시편의 일단이 결합하고, 상기 고체 추진제 시편의 길이방향 중심선과 상기 하부지그의 길이방향 중심선이 일치하도록 상기 하부지그의 홈에 상기 고체 추진제 시편의 타단이 결합할 수 있다.
또한, 상기 상부지그의 홈과 상기 고체 추진제 시편 일단이 맞닿는 상부 접촉면과 상기 하부지그의 홈과 상기 고체 추진제 시편 타단이 맞닿는 하부 접촉면은 본딩 결합할 수 있다.
또한, 상기 고체 추진제 시편의 길이는 상기 고체 추진제 시편을 상기 상부지그 및 하부지그에 각각 결합했을 때 상기 상부지그와 하부지그의 길이를 합한 것보다 같거나 작도록 형성할 수 있다.
또한, 상기 고체 추진제 시편의 폭은 두께보다 길도록 형성할 수 있다.
또한, 상기 시험기는 동적기계분석기일 수 있다.
본 개시의 일 실시예에 따르면, 고체 추진제 시편의 응력완화 시험에서 시편의 크기를 줄이면서도 측정 결과의 신뢰도를 높일 수 있다.
또한, 시편의 크기를 줄여 시편 제작 기간을 단축하고 시편 시료량을 절감할 수 있다. 비용을 줄일 수 있다.
또한, 시편 제작 비용을 줄이고 시편 시료 제작 시 발생하는 화재의 위험을 낮출 수 있다.
도 1은 일 실시예에 따른 시편 고정지그에 고체 추진제 시편이 결합한 것을 나타낸 사시도이다.
도 2는 도 1의 분해 사시도이다.
도 3은 도 1의 정면도이다.
도 4는 일 실싱예에 따른 시편 고정지그를 시험한 결과를 나타낸 그래프이다.
도 5는 일 실시예에 따른 시편 고정지그를 동적기계분석기에 장착한 것을 나타낸 도면이다.
이하에서는 첨부한 도면을 참조로 본 개시에 대해 상세히 설명한다. 그러나, 이는 예시에 불과하고 본 개시가 예시적으로 설명한 구체적인 실시 형태로 제한하지 않는다.
종래에 고체 추진제 시편의 응력완화 시험은 인장시험기에 단축인장방식을 사용하거나 동적기계분석기에 양단고정 굽힘방식을 사용하였다.
인장시험기에 단축인장방식을 적용한 고체 추진제 응력완화 시험은 일반적으로 10 x 10 x 100 mm(폭x두께x길이)의 형상 및 약18g의 중량을 가지는 시편을 사용하였다. 이러한 시편은 단면은 정사각형이고 면적 대비 길이비가 매우 크다. 이는 시편 제작 시 마찰열에 의한 발화의 위험성을 제거하기 위해 공작기계를 사용하지 않고 수작업을 사용하는 것에 큰 제약을 가한다.
또한 동적기계분석기에 양단고정 굽힘방식을 적용한 고체 추진제 응력완화 시험은 일반적으로 일반적으로 14 x 4 x 60 mm(폭x두께x길이)의 형상 및 약6g의 중량을 가지는 시편을 사용하였다. 이 경우 시편은 동적기계분석기에 수평으로 배치해야 한다. 시편에는 자중에 의한 처짐이 발생하여 정확한 변형을 가하기가 어렵다.
이렇듯 상술한 종래의 고체 추진제 시편의 응력완화 시험들은 시편의 크기가 커 시편의 제작 시간과 안전성에 문제점을 가진다. 또한 시편의 크기를 줄이고 시편을 수평으로 배치하는 경우, 시편에 정확한 변형을 가하여 응력완화 측정하는 것이 어렵다.
도 1내지 도 3을 참조하여 본 개시의 응력완화 시험용 고체 추진제 시편 고정지그를 설명한다.
일 실시예에 따른 응력완화 시험용 고체 추진제 시편 고정지그(100)(이하, 시편 고정지그)는 고체 추진제의 응력환화 시험을 위해 고체 추진제 시편(10)을 지면에 수직한 방향(도 1을 기준으로 z축방향, 이하 동일)으로 시험기에 장착할 수 있다.
상술한 종래의 고체 추진제 시편의 응력완화 시험들이 가지는 문제점을 개선하기 위해 일 실시예에 따른 시편 고정지그(100)는 고체 추진제 시편(10)의 응력완화 시험을 위해 동적기계분석기에 단축인장방식을 적용할 수 있다. 여기서 상기 시험기는 동적기계분석기를 사용한다.
시편 고정지그(100)는 상부지그(110)와 하부지그(120)를 포함하여 구성한다. 상부지그(110)와 하부지그(120)는 금속재질로 구성하며, 서로 동일한 재질로 구성한다.
상부지그(110)는 일단부에는 상기 시험기에 장착하는 상부 장착부(111)를 형성하고 타단부에는 홈(112)을 형성한다.
상부지그의 홈(112)은 타단부에서 상부지그(110)의 길이방향(도1을 기준으로 z축방향, 이하동일)으로 오목하게 파여서 형성할 수 있으며 고체 추진제 시편의 일단(11)을 삽입할 수 있도록 소정의 깊이만큼 오목하게 파여서 형성할 수 있다. 상부지그의 홈(112)은 상부지그(110)의 폭방향(도 1을 기준으로 y축방향, 이하동일)으로 길게 형성할 수 있다.
상부지그(110)는 상부지그의 홈(112)을 형성하기 위해 타단부는 일단부보다 큰 두께(도 1을 기준으로 x축방향, 이하 동일)를 가진다. 상부지그의 홈(112)을 형성하는 타단부는 상부 장착부(111)를 형성하는 일단부보다 큰 두께를 형성한다. 이는 상부지그(110)의 타단부가 단을 형성하도록 한다. 그리고 상부지그의 홈(112)은 고체 추진제 시편의 일단(11)이 형성하는 두께를 삽입할 수 있는 폭을 형성할 수 있다.
하부지그(120)는 일단부에는 상기 시험기에 장착하는 하부 장착부(121)를 형성하고 타단부에는 홈(122)을 형성한다.
하부지그의 홈(122)은 타단부에서 하부지그(120)의 길이방향(도1을 기준으로 z축방향, 이하동일)으로 오목하게 파여서 형성할 수 있으며 고체 추진제 시편의 타단(12)을 삽입할 수 있도록 소정의 깊이만큼 오목하게 파여서 형성할 수 있다. 하부지그의 홈(122)은 하부지그(120)의 폭방향(도 1을 기준으로 y축방향, 이하동일)으로 길게 형성할 수 있다.
하부지그(120)는 하부지그의 홈(122)을 형성하기 위해 타단부는 일단부보다 큰 두께(도 1을 기준으로 x축방향, 이하 동일)를 가진다. 하부지그의 홈(122)을 형성하는 타단부는 하부 장착부(121)를 형성하는 일단부보다 큰 두께를 형성한다. 이는 하부지그(120)의 타단부가 단을 형성하도록 한다. 그리고 하부지그의 홈(122)은 고체 추진제 시편의 타단(12)이 형성하는 두께를 삽입할 수 있는 폭을 형성할 수 있다.
이러한 상부지그(110)와 하부지그(120)는 상하방향으로 서로 대칭 형상을 가질 수 있다.
상부지그의 홈(112)과 하부지그의 홈(122)이 형성하는 폭은 고체 추진제 시편(10)의 폭보다 길게 형성할 수 있다.
고체 추진제 시편(10)이 상부지그의 홈(112)에 삽입하여 결합하면 상부지그의 홈(112)은 고체 추진제 시편(10)의 양 측면(도 3을 기준으로 y축방향, 이하 동일)으로 소정의 공간(1121)을 형성한다. 양 상부지그의 홈(112) 공간(1121)은 서로 대칭을 형성할 수 있다.
고체 추진제 시편(10)이 하부지그의 홈(122)에 삽입하여 결합하면 하부지그의 홈(122)은 고체 추진제 시편(10)의 양 측면(도 3을 기준으로 y축방향, 이하 동일)으로 소정의 공간(1221)을 형성한다. 양 하부지그의 홈(122) 공간(1221)은 서로 대칭을 형성할 수 있다.
고체 추진제 시편(10)의 길이방향 중심선(CL)과 상부지그(110)의 길이방향 중심선(CL)이 일치하도록 상부지그의 홈(112)에 고체 추진제 시편의 일단(11)이 결합한다. 또한 고체 추진제 시편(10)의 길이방향 중심선(CL)과 하부지그(120)의 길이방향 중심선(CL)이 일치하도록 하부지그의 홈(122)에 고체 추진제 시편의 타단(12)이 결합할 수 있다.
도 3에 표현한 것과 같이 상부지그(110)와 하부지그(120)는 각각의 중심선(CL)이 고체 추진제 시편(10)의 길이방향 중심선(CL)에 일치하도록 고체 추진제 시편의 양단(11, 12)을 삽입하여 결합할 수 있다.
상부지그의 홈(112)에는 고체 추진제 시편의 일단(11)이 결합하고, 하부지그의 홈(122)에는 고체 추진제 시편의 타단(12)이 결합함으로써 고체 추진제 시편(10)은 상부지그(110)와 하부지그(120)에 고정된다.
이때, 고체 추진제 시편의 양단(11, 12)은 상부지그의 홈(112)과 하부지그의 홈(122)에 각각 삽입되어 결합한다. 상부지그의 홈(112)과 고체 추진제 시편 일단(11)이 맞닿는 상부 접촉면과 하부지그의 홈(122)과 고체 추진제 시편 타단(12)이 맞닿는 하부 접촉면은 본딩 결합할 수 있다.
본딩 결합은 접착제를 이용하여 고체 추진제 시편의 양단(11, 12)을 상부지그의 홈(112)과 하부지그의 홈(122)에 각각 고정하기 위한 것이다.
양 상부지그의 홈(112) 공간(1121)과 양 하부지그의 홈(122) 공간(1221)은 접착제를 사용한 본딩 결합에서 접착제가 상부지그의 홈(112)과 하부지그의 홈(122) 밖으로 나가지 않도록 완충 역할을 할 수 있다.
고체 추진제 시편(10)의 길이는 고체 추진제 시편(10)을 상부지그(110) 및 하부지그(120)에 각각 결합했을 때 상부지그(110)와 하부지그(120)의 길이를 합한 것보다 같거나 작도록 형성할 수 있다.
고체 추진제 시편(10)의 크기를 줄임으로써 시편의 제작 기간을 줄이고 시료량을 크게 절감할 수 있다. 고체 추진제 시편(10)은 크기는 6 x 2 x 14 mm(폭x두께x길이)인 것이 바람직하다. 이때 중량은 약0.4g일 수 있다.
이를 상술한 인장시험기에 단축인장방식을 적용한 고체 추진제 응력완화 시험에서의 시편 크기인 10 x 10 x 100 mm(폭x두께x길이)과 비교하면, 고체 추진제 시편(10)의 크기가 크게 준 것을 확인할 수 있다.
고체 추진제 시편(10) 폭이 두께보다 길도록 형성하도록 한다. 크기가 줄더라도 작은 힘으로 단축인장방식을 적용하더라도 정확한 응력완화 측정값을 얻도록 한다.
고체 추진제 시편(10)의 크기를 줄여 본 개시에 따른 시편 고정지그를 적용하여 동적기계분석기로 단축인장방식을 적용하면, 시편과 지그의 결합부위에서 발생할 수 있는 손상이나 시편이 제대로 고정되지 않고 시편 고정지그에서 미끄러지는 슬립을 방지할 수 있다. 즉, 점탄성을 가지는 시편을 손상이나 미끄러짐 없이 시편 고정지그에 고정함으로써 정확한 측정결과를 얻을 수 있는 것이다.
도 4는 종래의 인장시험기에 단축인장방식을 적용한 고체 추진제 응력완화 시험(붉은색)과 본 개시에 따른 시편 고정지그를 동적기계분석기에 장착하고 단축인장방식으로 응력완화 시험(푸른색)을 비교한 것이다. 이를 보면 응력완화 측정값에 큰 차이가 없는 정확한 결과값을 얻은 것을 볼 수 있다. (그래프에서Er은 재료의 강성도를 나타내는 값으로 응력 나누기 변형률로 정의하는 탄성계수를 의미한다.)
동적기계분석기에 단축인장방식을 적용하기 위해 고체 추진제 시편(10)에 적용하는 본 개시에 따른 시편 고정지그를 사용하면, 고체 추진제 시편(10)의 크기를 줄이더라도 정확한 응력완화 측정값을 얻을 수 있다.
도 5를 참조하면, 본 개시에 따른 고체 추진제 응력완화 시험용 시험장치는 본 개시에 따른 응력완화 시험용 고체 추진제 시편 고정지그(100)로 고정한 고체 추진제 시편(10)을 시험기(200)에 장착한 것이다. 여기서 시험기(200)는 동적기계분석기이다.
동적기계분석기는 기계적 물성을 측정하는 장비로써, 주로 고체 재료의 점성 및 탄성을 측정하기 위해 고체 재료에 힘 또는 변형을 가하고 시료의 응답을 확인한다.
시험기(200)는 베이스(210)에 프레임(220)을 구비한다. 프레임(220)은 시편 고정지그(100)를 수직방향으로 지지할 수 있다. 시편 고정지그(100)에서 상부지그(110)는 프레임(220) 상부의 상부홀더(230)에 장착되고, 하부지그(120)는 프레임(220) 하부의 하부홀더(240)에 장착된다.
프레임(220)은 상부홀더(230)를 고정하는 상부 고정부(211) 및 하부홀더(240)를 하방으로 당기는 인장부(222)를 포함한다. 인장부(222)는 하방으로 당김으로써 고체 추진제 시편(10)에 인장력을 전달할 수 있다.
위에서 설명한 내용은 단지 본 개시의 원리를 적용한 예시일 뿐이며, 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 범위에서 다른 구성이 더 포함될 수 있다.
10: 고체 추진제 시편
100: 시편 고정지그
110: 상부지그
111: 상부 장착부
112: 상부지그의 홈
120: 하부지그
121: 하부 장착부
122: 하부지그의 홈
200: 시험기

Claims (8)

  1. 동적기계분석기에 단축인장방식을 적용하여 고체 추진제의 응력완화 시험을 위한 고체 추진제 시편을 지면에 수직한 방향으로 상기 동적기계분석기에 장착하도록 상기 고체 추진제 시편과 결합하는 시편 고정지그에 있어서,
    일단부에는 시험기에 장착하는 상부 장착부를 형성하고, 타단부에는 홈을 형성한 상부지그; 및
    일단부에는 상기 시험기에 장착하는 하부 장착부를 형성하고 타단부에는 홈을 형성한 하부지그; 를 포함하고,
    상기 상부지그의 홈에는 상기 고체 추진제 시편의 일단이 결합하고, 상기 하부지그의 홈에는 상기 고체 추진제 시편의 타단이 결합하고,
    상기 고체 추진제 시편의 폭방향에 수직한 상기 고체 추진제 시편의 길이방향 중심선과 상기 상부지그의 폭방향에 수직한 상기 상부지그의 길이방향 중심선이 일치하도록 상기 상부지그의 홈에 상기 고체 추진제 시편의 일단이 결합하고, 상기 고체 추진제 시편의 폭방향에 수직한 상기 고체 추진제 시편의 길이방향 중심선과 상기 하부지그의 폭방향에 수직한 상기 하부지그의 길이방향 중심선이 일치하도록 상기 하부지그의 홈에 상기 고체 추진제 시편의 타단이 결합하는,
    응력완화 시험용 고체 추진제 시편 고정지그.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 상부지그의 홈과 하부지그의 홈이 형성하는 폭은 상기 고체 추진제 시편의 폭보다 길게 형성하는,
    응력완화 시험용 고체 추진제 시편 고정지그.
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 상부지그의 홈과 상기 고체 추진제 시편 일단이 맞닿는 상부 접촉면과 상기 하부지그의 홈과 상기 고체 추진제 시편 타단이 맞닿는 하부 접촉면은 본딩 결합하는,
    응력완화 시험용 고체 추진제 시편 고정지그.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 고체 추진제 시편의 길이는 상기 고체 추진제 시편을 상기 상부지그 및 하부지그에 각각 결합했을 때 상기 상부지그와 하부지그의 길이를 합한 것보다 같거나 작도록 형성하는,
    응력완화 시험용 고체 추진제 시편 고정지그.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 고체 추진제 시편의 폭은 두께보다 길도록 형성하는,
    응력완화 시험용 고체 추진제 시편 고정지그.
  7. 삭제
  8. 상기 시험기는 동적기계분석기이고, 상기 고체 추진제 시편을 제1항, 제2항 및 제4항 내지 제6항 중 어느 한 항에 따른 상기 시편 고정지그에 고정하고 상기 시편 고정지그를 상기 동적기계분석기에 장착한,
    고체 추진제 응력완화 시험용 시험장치.

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