KR102642062B1 - 충돌체 특성 시험 장치 - Google Patents

충돌체 특성 시험 장치 Download PDF

Info

Publication number
KR102642062B1
KR102642062B1 KR1020230138138A KR20230138138A KR102642062B1 KR 102642062 B1 KR102642062 B1 KR 102642062B1 KR 1020230138138 A KR1020230138138 A KR 1020230138138A KR 20230138138 A KR20230138138 A KR 20230138138A KR 102642062 B1 KR102642062 B1 KR 102642062B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
specimen
collision
bar
ram
impact
Prior art date
Application number
KR1020230138138A
Other languages
English (en)
Inventor
김민우
정해원
김기종
이성학
Original Assignee
국방과학연구소
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 국방과학연구소 filed Critical 국방과학연구소
Priority to KR1020230138138A priority Critical patent/KR102642062B1/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102642062B1 publication Critical patent/KR102642062B1/ko

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N3/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
    • G01N3/30—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress by applying a single impulsive force, e.g. by falling weight
    • G01N3/307—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress by applying a single impulsive force, e.g. by falling weight generated by a compressed or tensile-stressed spring; generated by pneumatic or hydraulic means
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N3/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
    • G01N3/02—Details
    • G01N3/04—Chucks
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N3/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
    • G01N3/02—Details
    • G01N3/06—Special adaptations of indicating or recording means
    • G01N3/066—Special adaptations of indicating or recording means with electrical indicating or recording means
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N3/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
    • G01N3/02—Details
    • G01N3/06—Special adaptations of indicating or recording means
    • G01N3/068—Special adaptations of indicating or recording means with optical indicating or recording means
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2203/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
    • G01N2203/0014—Type of force applied
    • G01N2203/0016—Tensile or compressive
    • G01N2203/0019—Compressive
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2203/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
    • G01N2203/003—Generation of the force
    • G01N2203/0042—Pneumatic or hydraulic means
    • G01N2203/0044—Pneumatic means
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2203/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
    • G01N2203/0058—Kind of property studied
    • G01N2203/0069—Fatigue, creep, strain-stress relations or elastic constants
    • G01N2203/0075—Strain-stress relations or elastic constants
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2203/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
    • G01N2203/02—Details not specific for a particular testing method
    • G01N2203/04—Chucks, fixtures, jaws, holders or anvils
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2203/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
    • G01N2203/02—Details not specific for a particular testing method
    • G01N2203/06—Indicating or recording means; Sensing means
    • G01N2203/0617—Electrical or magnetic indicating, recording or sensing means
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2203/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
    • G01N2203/02—Details not specific for a particular testing method
    • G01N2203/06—Indicating or recording means; Sensing means
    • G01N2203/0641—Indicating or recording means; Sensing means using optical, X-ray, ultraviolet, infrared or similar detectors
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2203/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
    • G01N2203/02—Details not specific for a particular testing method
    • G01N2203/06—Indicating or recording means; Sensing means
    • G01N2203/067—Parameter measured for estimating the property
    • G01N2203/0676—Force, weight, load, energy, speed or acceleration

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Investigating Strength Of Materials By Application Of Mechanical Stress (AREA)

Abstract

본 발명은 충돌체의 충돌 시험 시 충돌체로부터 발생한 압축 변형 파동을 해석하여 충돌체의 특성을 측정할 수 있는 충돌체 특성 시험 장치에 관한 것으로서, 베이스부와, 상기 베이스부 상에서 소정의 높이로 측정 대상 시편을 수용하는 충돌부와, 상기 충돌부에 수용된 상기 시편에 충격을 가할 수 있도록, 상기 베이스부 상에서 상기 충돌부의 일측에 설치되어, 상기 충돌부에 수용된 상기 시편과 동축을 이루는 선상의 궤적으로 상기 충돌부 방향으로 충격바를 발사하는 충격부와, 상기 충돌부에 수용된 상기 시편과 상기 충격부에서 발사되는 상기 충격바 사이에서 상기 시편 및 상기 충격바와 동축으로 위치할 수 있도록, 지지대에 의해 상기 베이스부 상에서 상기 소정의 높이로 지지되고, 상기 충격바와의 충돌로 발생한 충격 에너지를 상기 시편과의 충돌로 인해 상기 시편으로 전달하여 상기 시편을 압축 변형시키는 램(Ram)과, 상기 충돌부의 타측에서 상기 시편과 동축으로 위치할 수 있도록, 지지대에 의해 상기 베이스부 상에서 상기 소정의 높이로 지지되고, 상기 램과의 충돌로 인해 압축 변형되는 상기 시편과의 접촉에 의해 압축 변형 파동을 형성하는 전달바 및 상기 전달바의 일측에 설치되어 상기 전달바에 형성된 상기 압축 변형 파동을 기록 및 해석하여, 상기 램에 의해 상기 시편에 발생된 변형량, 응력, 가속도 중 적어도 어느 하나를 측정하는 제 1 센서부를 포함할 수 있다.

Description

충돌체 특성 시험 장치{Apparatus for testing the crash characteristics of crashing bodies}
본 발명은 충돌체 특성 시험 장치에 관한 것으로서, 더 상세하게는 충돌체의 충돌 시험 시 충돌체로부터 발생한 압축 변형 파동을 해석하여 충돌체의 특성을 측정할 수 있는 충돌체 특성 시험 장치에 관한 것이다.
최근 환경규제로 인해 탄소 중립에 대한 관심이 높아지면서 자동차 산업에서도 친환경 차량의 판매가 지속적으로 높아지고 있다.
친환경차량의 연비 향상을 위해 경량화에 대한 관심이 높아지고 있다. 이를 위해 종래의 철 보다 비중이 작고, 제조 공정이 용이하며, 우수한 충격 성능을 가진 경량화 소재가 자동차에 적용되는 사례가 늘어나고 있다.
이러한, 경량화 소재에 대해 안정성을 고려한 경량화 제품을 개발하기 위해서는 충돌 시 파괴되는 재료의 물성을 예측하는 것이 중요하다.
한편, 재료의 고속 변형 특성을 살펴보기 위해서는 고속 변형을 측정할 수 있는 동적 시험 장치를 필요로 한다.
일반적으로, 널리 사용되는 시험 장치는 낙하 충격시험(Drop Weight Test), 스플릿 홉킨스 압력바 시험(Split Hopkinson Pressure Bar Test), 그리고 테일러 봉 충격 시험(Taylor Rod Impact Test) 등이 있다. 이중 현재 일반적인 재료 뿐 아니라 생체 재료의 동적 거동을 연구하기 위해 가장 널리 사용되고 있는 시험 장치는 SHPB(Split Hopkinson Pressure Bar Test)이다.
그러나, 이러한 종래의 SHPB 시험을 이용한 충돌체 특성 시험 장치는, 시편의 동적 하중 하에서의 응력-변형률 곡선을 얻음으로써 재료의 동적 인장강도 및 동적 연신율 등 동적 하중에서의 기계적 물성을 측정하기 위한 장치로서 동적 하중 시의 재료의 충격에너지 흡수 성능을 분석하기에는 목적이 다른 것이며, 기존의 테일러 봉 충격 시험은 분말 등 스스로 형태를 유지 할 수 없는 형태의 시편에 대한 시험을 수행 할 수 없는 문제점이 있었다.
대한민국 등록특허공보 제10-1727405호(2017.04.10.)
본 발명의 목적은 기존의 제반 문제점을 감안하여 안출된 것으로서, 공압에 의해 발사되는 충격바의 충격 에너지가 시편으로 정밀하게 전달될 수 있도록 유도하고, 장치 내에서 분말 등의 시편을 시험이 가능한 위치에 장착할 수 있게 하며, 높은 변형률 속도에서 짧은 시간에 변형되는 시편의 충돌 특성을 고속카메라로 관찰 및 측정할 수 있도록 하는 충돌체 특성 시험 장치를 제공하는데 있다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따르면, 충돌체 특성 시험 장치가 제공된다. 상기 충돌체 특성 시험 장치는, 베이스부; 상기 베이스부 상에서 소정의 높이로 측정 대상 시편을 수용하는 충돌부; 상기 충돌부에 수용된 상기 시편에 충격을 가할 수 있도록, 상기 베이스부 상에서 상기 충돌부의 일측에 설치되어, 상기 충돌부에 수용된 상기 시편과 동축을 이루는 선상의 궤적으로 상기 충돌부 방향으로 충격바를 발사하는 충격부; 상기 충돌부에 수용된 상기 시편과 상기 충격부에서 발사되는 상기 충격바 사이에서 상기 시편 및 상기 충격바와 동축으로 위치할 수 있도록, 지지대에 의해 상기 베이스부 상에서 상기 소정의 높이로 지지되고, 상기 충격바와의 충돌로 발생한 충격 에너지를 상기 시편과의 충돌로 인해 상기 시편으로 전달하여 상기 시편을 압축 변형시키는 램(Ram); 상기 충돌부의 타측에서 상기 시편과 동축으로 위치할 수 있도록, 지지대에 의해 상기 베이스부 상에서 상기 소정의 높이로 지지되고, 상기 램과의 충돌로 인해 압축 변형되는 상기 시편과의 접촉에 의해 압축 변형 파동을 형성하는 전달바; 및 상기 전달바의 일측에 설치되어 상기 전달바에 형성된 상기 압축 변형 파동을 기록 및 해석하여, 상기 램에 의해 상기 시편에 발생된 변형량, 응력, 가속도 중 적어도 어느 하나를 측정하는 제 1 센서부;를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 제 1 센서부는, 상기 전달바에 부착되어 상기 전달바에 형성된 상기 압축 변형 파동을 측정하는 스트레인 게이지; 및 상기 스트레인 게이지에서 측정된 상기 압축 변형 파동을 해석하여, 상기 램에 의해 상기 시편에 발생된 변형량, 응력, 가속도 중 적어도 어느 하나를 산출하는 해석부;를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 해석부는, 특정 압축 변형 파동과 상기 시편의 변형량, 응력 및 가속도와의 상관관계들을 사전에 산출하여 저장하고, 상기 상관관계를 이용하여, 상기 스트레인 게이지에서 측정된 상기 압축 변형 파동으로부터 상기 시편에 발생된 변형량, 응력, 가속도 중 적어도 어느 하나를 산출할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 제 1 센서부는, 상기 스트레인 게이지에서 측정되는 상기 압축 변형 파동의 신호를 증폭시키는 증폭기; 및 상기 증폭기로부터 증폭된 상기 압축 변형 파동의 신호를 인가받아, 상기 압축 변형 파동을 시간에 따른 압력전압의 변화로 출력하는 오실로스코프;를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 충돌부는, 내부에 상기 시편을 수용할 수 있도록, 양측이 개방된 원통 형상으로 형성되는 하우징; 상기 하우징의 개방된 일측을 폐쇄할 수 있도록 상기 하우징의 일측에 결합되고, 상기 램이 관통할 수 있도록 관통홀부가 형성되는 제 1 마개; 및 상기 하우징의 개방된 타측을 폐쇄할 수 있도록 상기 하우징의 타측에 결합되고, 상기 전달바가 관통할 수 있도록 관통홀부가 형성되는 제 2 마개;를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 하우징은, 상기 램과의 충돌로 인해 압축 변형되는 상기 시편을 관찰할 수 있도록, 상기 시편이 수용된 위치와 대응되는 위치에 관찰용 관통창이 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 충돌부는, 양측이 개방된 투명한 관 형상으로 형성되어 상기 하우징 내부에 삽입되고, 내부에 상기 시편을 수용하는 투명관;을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 충돌부의 다른 타측에서 상기 하우징의 상기 관통창을 바라보도록 설치되어, 상기 램과의 충돌로 인해 압축 변형되는 상기 시편을 카메라에 의해 촬영하는 제 2 센서부;를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 충격부는, 내부에 압축공기를 저장하는 가압 탱크; 원통 형상으로 형성되고, 상기 시편과 동축을 이룰 수 있도록 상기 가압 탱크로부터 상기 충돌부를 향해 길게 연장되게 형성되어, 상기 충격바의 발사 방향을 안내하는 포신; 및 상기 포신 내부에 수용되고, 상기 가압 탱크에 저장된 상기 압축공기의 공압에 의해 상기 충돌부 방향으로 발사되는 상기 충격바;를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 램은, 상기 충격바의 길이와 동일한 길이로 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 전달바의 단부에 설치되어, 가속도 센서에 의해, 상기 전달바에 형성된 상기 압축 변형 파동의 변화로부터 상기 시편에 발생된 가속도를 측정하는 제 3 센서부;를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 충격바는, 원통 형상으로 형성되는 상기 포신의 내부 지름 보다 작은 지름을 가지는 봉 형상으로 길이 방향으로 길게 연장되게 형성되는 몸체부; 및 상기 포신의 내부 지름과 동일한 지름으로 상기 몸체부의 외경면을 따라 링 형상으로 돌출되게 형성되고, 상기 몸체부의 길이 방향을 따라 적어도 하나 이상 배치되는 플랜지부;를 포함할 수 있다.
본 발명의 충돌체 특성 시험 장치는 공압에 의해 충격부로부터 발사되는 충격바의 충격 에너지가 시편과 동축으로 정렬된 램을 통해 시편으로 정밀하게 전달될 수 있도록 유도하고, 램과의 충돌로 압축 변형되는 시편과의 접촉에 의해, 전달바에 형성된 압축 변형 파동을 기록 및 해석하는 복수의 센서부 및 시편을 수용하는 하우징의 관찰용 관통창을 통해 시편의 변형 상태를 실시간 비전 검사할 수 있는 센서부 등을 이용하여, 높은 변형률 속도에서 짧은 시간에 변형되는 시편의 충돌 특성을 정밀하게 측정할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 충돌체 특성 시험 장치의 전체 모습을 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 2는 도 1의 A부분에 대한 충돌체 특성 시험 장치의 충격부의 일부분을 개략적으로 나타내는 확대도이다.
도 3은 도 1의 B부분에 대한 충돌체 특성 시험 장치의 충돌부와 램 및 전달바를 개략적으로 나타내는 확대도이다.
도 4는 도 3의 충돌부와 램 및 전달바가 분해된 모습을 개략적으로 나타내는 분해도이다.
도 5는 도 3의 충돌부가 분해된 모습을 개략적으로 나타내는 분해도이다.
도 6은 도 1의 C부분에 대한 충돌체 특성 시험 장치의 제 3 센서부를 개략적으로 나타내는 확대도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 여러 실시예들을 상세히 설명하기로 한다.
본 발명의 실시예들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이며, 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다. 오히려 이들 실시예들은 본 개시를 더욱 충실하고 완전하게 하고, 당업자에게 본 발명의 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다. 또한, 도면에서 각 층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장된 것이다.
이하, 본 발명의 실시예들은 본 발명의 이상적인 실시예들을 개략적으로 도시하는 도면들을 참조하여 설명한다. 도면들에 있어서, 예를 들면, 제조 기술 및/또는 공차(tolerance)에 따라, 도시된 형상의 변형들이 예상될 수 있다. 따라서, 본 발명 사상의 실시예는 본 명세서에 도시된 영역의 특정 형상에 제한된 것으로 해석되어서는 아니 되며, 예를 들면 제조상 초래되는 형상의 변화를 포함하여야 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 충돌체 특성 시험 장치(1000)의 전체 모습을 개략적으로 나타내는 단면도이고, 도 2는 도 1의 A부분에 대한 충돌체 특성 시험 장치(1000)의 충격부(300)의 일부분을 개략적으로 나타내는 확대도이며, 도 3은 도 1의 B부분에 대한 충돌체 특성 시험 장치(1000)의 충돌부(200)와 램(400) 및 전달바(500)를 개략적으로 나타내는 확대도이다. 그리고, 도 4는 도 3의 충돌부(200)와 램(400) 및 전달바(500)가 분해된 모습을 개략적으로 나타내는 분해도이고, 도 5는 도 3의 충돌부(200)가 분해된 모습을 개략적으로 나타내는 분해도이며, 도 6은 도 1의 C부분에 대한 충돌체 특성 시험 장치(1000)의 제 3 센서부(800)를 개략적으로 나타내는 확대도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 충돌체 특성 시험 장치(1000)는, 크게, 베이스부(100)와, 충돌부(200)와, 충격부(300)와, 램(Ram)(400)과 전달바(500) 및 제 1 센서부(600)를 포함할 수 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 베이스부(100)는, 후술될 충돌부(200)와, 충격부(300)와, 램(400)과, 전달바(500) 및 제 1 센서부(600)를 충분히 지지할 수 있는 적절한 강도와 내구성을 갖는 일종의 프레임 구조체일 수 있다.
예컨대, 이러한 베이스부(100)는, 일체형 사출 구조물이나, 주물이나, 다양한 형상의 판재, 선재, 파이프재, 수직 부재, 수평 부재 및 경사 부재들을 서로 용접하거나 연결하여 이루어지는 프레임 구조체일 수 있다.
그러나, 베이스부(100)는, 도 1에 반드시 국한되지 않고, 상술된 구성 요소들을 지지할 수 있는 매우 다양한 형상의 부재들이 적용될 수 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 충격부(300)는, 후술될 충돌부(200)에 수용된 시편(1)에 램(400)을 통해 간접적으로 충격을 가할 수 있도록, 베이스부(100) 상에서 충돌부(200)의 일측에 설치되어, 충돌부(200)에 수용된 시편(1)과 동축을 이루는 선상의 궤적으로 충돌부(200) 방향으로 충격바(330)를 발사할 수 있다.
예컨대, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 충격부(300)는, 내부에 압축공기를 저장하는 가압 탱크(310)와, 원통 형상으로 형성되고, 시편(1)과 동축을 이룰 수 있도록 가압 탱크(310)로부터 충돌부(200)를 향해 길게 연장되게 형성되어, 충격바(330)에 공압을 제공하고 그 발사 방향을 안내하는 포신(320) 및 포신(320) 내부에 수용되고, 가압 탱크(310)에 저장된 상기 압축 공기의 공압에 의해 충돌부(200) 방향으로 발사되는 충격바(330)를 포함할 수 있다.
더욱 구체적으로, 충격바(330)는, 포신(320)을 통해 가압 탱크(310)로부터 전달되는 공압을 더욱 효과적으로 전달받을 수 있도록, 원통 형상으로 형성되는 포신(320)의 내부 지름(D) 보다 작은 지름을 가지는 봉 형상으로 길이 방향으로 길게 연장되게 형성되는 몸체부(331) 및 포신(320)의 내부 지름(D)과 동일한 지름으로 몸체부(331)의 외경면을 따라 링 형상으로 돌출되게 형성되고, 몸체부(331)의 길이 방향을 따라 적어도 하나 이상 배치되는 플랜지부(332)로 구성될 수 있다.
따라서, 충격부(300)는, 가압 탱크(310)에 공기를 고압으로 충진한 후, 가압 탱크(310)와 포신(320)의 연결부에 설치된 공압 밸브(미도시)를 개방하면, 포신(320)을 통해 가압 탱크(310) 내부의 고압의 상기 압축 공기가 방출되면서, 상기 압축 공기의 공압으로 충격바(330)를 발사시킬 수 있다.
이때, 포신(320)을 통해 전달되는 상기 압축 공기의 공압은 포신(320)의 내부 지름(D)과 동일한 지름으로 형성되는 플랜지부(332)를 통해 충격바(330)에 전달될 수 있다.
이러한, 플랜지부(332)는, 상기 압축 공기의 공압을 효과적으로 전달 받을 수 있도록, 몸체부(331)의 길이 방향을 따라 소정의 간격으로 복수개가 형성되는 것이 바람직할 수 있으며, 충격바(330)의 발사 방향을 정밀하게 안내할 수 있도록 포신(320)은 가능한 한 길게 형성되는 것이 바람직할 수 있다.
도 1 및 도 3에 도시된 바와 같이, 충돌부(200)는, 베이스부(100) 상에서 소정의 높이로 측정 대상 시편(1)을 수용할 수 있다.
더욱 구체적으로, 도 3 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 충돌부(200)는, 내부에 시편(1)을 수용할 수 있도록, 양측이 개방된 원통 형상으로 형성되는 하우징(210)과, 하우징(210)의 개방된 일측을 폐쇄할 수 있도록 하우징(210)의 일측에 결합되고, 램(400)이 관통할 수 있도록 관통홀부(221)가 형성되는 제 1 마개(220) 및 하우징(210)의 개방된 타측을 폐쇄할 수 있도록 하우징(210)의 타측에 결합되고, 전달바(500)가 관통할 수 있도록 관통홀부(231)가 형성되는 제 2 마개(230)를 포함할 수 있다.
여기서, 하우징(210)은, 램(400)과의 충돌로 인해 압축 변형되는 시편(1)을 관찰할 수 있도록, 시편(1)이 수용된 위치와 대응되는 위치에 관찰용 관통창(211)이 형성될 수 있다.
이때, 하우징(210)의 일측을 관통하도록 형성된 관통창(211)을 통해 변형되는 시편(1)의 일부분이 돌출되는 것을 방지하고 시편(1)을 외부의 환경으로부터 보호할 수 있도록, 충돌부(200)는, 양측이 개방된 투명한 관 형상으로 형성되어 하우징(210) 내부에 삽입되고, 내부에 시편(1)을 수용하는 투명관(240)을 더 포함할 수 있다.
이러한, 투명관(240)은, 관통창(211)을 통해 시편(1)을 관찰할 수 있도록, 유리 재질 또는 폴리카보네이트(polycarbonate, PC) 재질로 투명하게 형성될 수 있으며, 하우징(210)의 내경면을 따라 형성된 복수의 실링 부재(S)에 의해 하우징(210)의 내부에 하우징(210)과 동축으로 견고하게 고정될 수 있다.
이에 따라, 본 발명의 일 실시예에 따른 충돌체 특성 시험 장치(1000)는, 도 3에 도시된 바와 같이, 충돌부(200)의 다른 타측에서 하우징(210)의 관통창(211)을 바라보도록 설치된 카메라(710)를 포함하는 제 2 센서부(700)에 의해, 램(400)과의 충돌로 인해 압축 변형되는 시편(1)을 촬영하여, 비전 검사에 의해 특성 시험 중의 시편(1)의 압축 변형을 실시간으로 감시할 수 있다.
따라서, 충돌체의 특성 시험 중, 하우징(210)의 관통창(211)을 통해 다공성 금속체나 발포 금속체로 형성되는 시편(1)의 압축 변형을 실시간으로 비전 검사하여, 시편(1)의 이상 변형 등을 실시간으로 감지하고, 시편(1)의 압축 변형 경향을 정확하게 측정할 수 있는 효과를 가질 수 있다.
또한, 충돌부(200)는, 제 1 마개(220)의 관통홀부(221) 및 제 2 마개(230)의 관통홀부(231)를 통해 램(400) 및 전달바(500)가 시편(1)과 동축으로 정밀하게 정렬될 수 있도록 유도함으로써, 시편(1)의 충돌 특성의 측정을 더욱 정밀하게 하는 효과를 가질 수 있다.
도 1 및 도 3에 도시된 바와 같이, 램(Ram)(400)은, 충돌부(200)에 수용된 시편(1)과 충격부(300)에서 발사되는 충격바(330) 사이에서 시편(1) 및 충격바(330)와 동축으로 위치할 수 있도록, 지지대에 의해 베이스부(100) 상에서 상기 소정의 높이로 지지되고, 충격바(330)와의 충돌로 발생한 충격 에너지를 시편(1)과의 충돌로 인해 시편(1)으로 전달하여 시편(1)을 압축 변형시킬 수 있다.
예컨대, 전체적으로 봉 형상으로 형성되는 램(400)은, 충격바(330)를 대신하여 충격바(330)의 속도와 동일한 속도로 발사되어 충격바(330)에 의한 충격 에너지를 동일하게 시편(1)으로 전달하여 시편(1)을 압축 변형시킬 수 있도록, 충격바(330)의 길이와 동일한 길이로 형성되는 것이 바람직할 수 있다.
이에 따라, 충격부(300)로부터 공압에 의해 발사되는 충격바(330)가, 충돌부(200)의 하우징(210)에 의해 시편(1)과 동축으로 정밀하게 고정된 램(400)을 통해 시편(1)을 간접적으로 타격함으로써, 시편(1)으로 충격 에너지를 사전에 설정한 양만큼 정밀하게 가할 수 있는 효과를 가질 수 있다.
도 1 및 도 3에 도시된 바와 같이, 전달바(500)는, 충돌부(200)의 타측에서 시편(1)과 동축으로 위치할 수 있도록, 지지대에 의해 베이스부(100) 상에서 상기 소정의 높이로 지지되고, 램(400)과의 충돌로 인해 압축 변형되는 시편(1)과의 접촉에 의해 압축 변형 파동을 형성할 수 있다.
이때, 제 1 센서부(600)는, 전달바(500)의 일측에 설치되어 전달바(500)에 형성된 상기 압축 변형 파동을 기록 및 해석하여, 램(400)에 의해 시편(1)에 발생된 변형량, 응력, 가속도 중 적어도 어느 하나를 측정할 수 있다.
더욱 구체적으로, 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 제 1 센서부(600)는, 전달바(500)에 부착되어 전달바(500)에 형성된 상기 압축 변형 파동을 측정하는 스트레인 게이지(610)와, 스트레인 게이지(610)에서 측정되는 상기 압축 변형 파동의 신호를 증폭시키는 증폭기(630)와, 증폭기(630)로부터 증폭된 상기 압축 변형 파동의 신호를 인가받아, 상기 압축 변형 파동을 시간에 따른 압력 전압의 변화로 사인파 형태로 출력하는 오실로스코프(640) 및 스트레인 게이지(610)에서 측정된 상기 압축 변형 파동을 해석하여, 램(400)에 의해 시편(1)에 발생된 변형량, 응력, 가속도 중 적어도 어느 하나를 산출하는 해석부(620)를 포함할 수 있다.
예컨대, 스트레인 게이지(610)는, 기계적인 미세한 변화(Strain)를 전기 신호로 해서 검출하는 센서로서, 전달바(500)의 외주면에 부착될 수 있으며, 전달바(500)의 외주면에서 전달바(500)의 둘레 방향을 따라 복수개가 부착될 수도 있다.
이때, 전달바(500)의 외주면에 부착된 스트레인 게이지(610)에서 발생하는 저항치 변화는 극히 작기 때문에, 작은 저항치 변화를 효율적으로 전기신호로 변환시키기 위해서 복수의 스트레인 게이지(610)는 휘스톤 브리지 회로로 구성되어 사용될 수 있다.
또한, 해석부(620)는, 특정 압축 변형 파동과 시편(1)의 변형량, 응력 및 가속도와의 상관관계들을 사전에 산출하여 저장함으로써, 상기 상관관계를 이용하여, 스트레인 게이지(610)에서 측정된 상기 압축 변형 파동으로부터 시편(1)에 발생된 변형량, 응력, 가속도 중 적어도 어느 하나를 산출하는게 가능할 수 있다.
또한, 도 1 및 도 6에 도시된 바와 같이, 충돌체 특성 시험 장치(1000)는, 전달바(500)의 단부에 설치되어, 가속도 센서(810)에 의해, 전달바(500)에 형성된 상기 압축 변형 파동의 변화로부터 시편(1)에 발생된 가속도를 측정하는 제 3 센서부(800)를 더 포함할 수도 있다.
이에 따라, 제 1 센서부(600)에서 측정된 시편(1)의 가속도 값과 제 3 센서부(800)에서 측정된 시편(1)의 가속도 값을 비교 분석하여, 각 센서부(600, 800)에서 측정된 가속도 값의 정확성을 검증하거나, 사전에 설정된 소정의 오차 범위 이상으로 가속도 값의 차이가 날 경우, 충돌 특성 시험에 이상이 있는 것으로 판단하여 재시험을 실시하도록 유도할 수 있다.
상술한 충돌체 특성 시험 장치(1000)에 의하면, 먼저, 충격부(300)의 가압 탱크(310)에 공기를 고압으로 충진하고, 가압 탱크(310)에 충진된 압축 공기의 공압을 이용하여, 충돌부(200) 방향으로 충격바(330)를 발사할 수 있다.
이어서, 발사된 충격바(330)가 램(400)을 타격하면, 램(400)은 다시 충격바(330)가 가한 충격 에너지와 동일한 충격 에너지로 충돌부(200)의 하우징(210)에 수용된 시편(1)을 압축 변형시키면서, 전달바(500)에 상기 압축 변형 파동을 형성할 수 있다.
이와 같은, 상기 압축 변형 파동이 전달바(500)를 따라 전달되면 제 1 센서부(600)의 스트레인 게이지(610)를 이용하여 상기 압축 변형 파동을 기록하고, 상기 압축 변형 파동을 해석함으로써, 램(400)에 의해 발생된 변형량, 응력, 가속도 등을 측정할 수 있다.
또한, 상기 압축 변형 파동이 전달바(500)의 단부에 도달하면, 단부에 부착된 제 3 센서부(800)의 가속도 센서(810)에 가속도 값이 함께 기록됨으로써, 제 1 센서부(600)의 스트레인 게이지(610)를 통해 측정된 시편(1)의 특성값의 유효성을 검증할 수 있다.
따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 충돌체 특성 시험 장치(1000)에 따르면, 공압에 의해 충격부(300)로부터 발사되는 충격바(330)의 충격 에너지가 시편(1)과 동축으로 정렬된 램(400)을 통해 시편(1)으로 정밀하게 전달될 수 있도록 유도하고, 램(400)과의 충돌로 압축 변형되는 시편(1)과의 접촉에 의해, 전달바(500)에 형성된 압축 변형 파동을 기록 및 해석하는 복수의 센서부(600, 800) 및 시편(1)을 수용하는 하우징(210)의 관찰용 관통창(211)을 통해 시편(1)의 변형 상태를 실시간 비전 검사할 수 있는 센서부(700) 등을 이용하여, 높은 변형률 속도에서 짧은 시간에 변형되는 시편(1)의 충돌 특성을 정밀하게 측정할 수 있는 충돌체 특성 시험 장치(1000)를 구현할 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.
1 : 시편
100 : 베이스부
200 : 충돌부
210 : 하우징
211 : 관통창
220 : 제 1 마개
221 : 관통홀부
230 : 제 2 마개
240 : 투명관
231 : 관통홀부
300 : 충격부
310 : 가압 탱크
320 : 포신
330 : 충격바
331 : 몸체부
332 : 플랜지부
400 : 램
500 : 전달바
600 : 제 1 센서부
610 : 스트레인 게이지
620 : 해석부
630 : 증폭기
640 : 오실로스코프
700 : 제 2 센서부
710 : 카메라
800 : 제 3 센서부
810 : 가속도 센서
1000 : 충돌체 특성 시험 장치

Claims (12)

  1. 베이스부;
    상기 베이스부 상에서 소정의 높이로 측정 대상 시편을 수용하는 충돌부;
    상기 충돌부에 수용된 상기 시편에 충격을 가할 수 있도록, 상기 베이스부 상에서 상기 충돌부의 일측에 설치되어, 상기 충돌부에 수용된 상기 시편과 동축을 이루는 선상의 궤적으로 상기 충돌부 방향으로 충격바를 발사하는 충격부;
    상기 충돌부에 수용된 상기 시편과 상기 충격부에서 발사되는 상기 충격바 사이에서 상기 시편 및 상기 충격바와 동축으로 위치할 수 있도록, 지지대에 의해 상기 베이스부 상에서 상기 소정의 높이로 지지되고, 상기 충격바와의 충돌로 발생한 충격 에너지를 상기 시편과의 충돌로 인해 상기 시편으로 전달하여 상기 시편을 압축 변형시키는 램(Ram);
    상기 충돌부의 타측에서 상기 시편과 동축으로 위치할 수 있도록, 지지대에 의해 상기 베이스부 상에서 상기 소정의 높이로 지지되고, 상기 램과의 충돌로 인해 압축 변형되는 상기 시편과의 접촉에 의해 압축 변형 파동을 형성하는 전달바; 및
    상기 전달바의 일측에 설치되어 상기 전달바에 형성된 상기 압축 변형 파동을 기록 및 해석하여, 상기 램에 의해 상기 시편에 발생된 변형량, 응력, 가속도 중 적어도 어느 하나를 측정하는 제 1 센서부;
    를 포함하되,
    상기 충돌부는,
    내부에 상기 시편을 수용할 수 있도록, 양측이 개방된 원통 형상으로 형성되는 하우징;
    상기 하우징의 개방된 일측을 폐쇄할 수 있도록 상기 하우징의 일측에 결합되고, 상기 램이 관통할 수 있도록 관통홀부가 형성되는 제 1 마개; 및
    상기 하우징의 개방된 타측을 폐쇄할 수 있도록 상기 하우징의 타측에 결합되고, 상기 전달바가 관통할 수 있도록 관통홀부가 형성되는 제 2 마개;
    를 포함하고,
    상기 하우징은,
    상기 램과의 충돌로 인해 압축 변형되는 상기 시편을 관찰할 수 있도록, 상기 시편이 수용된 위치와 대응되는 위치에 관찰용 관통창이 형성되며,
    상기 충돌부의 다른 타측에서 상기 하우징의 상기 관통창을 바라보도록 설치되어, 상기 램과의 충돌로 인해 압축 변형되는 상기 시편을 카메라에 의해 촬영하는 제 2 센서부;
    를 포함하는, 충돌체 특성 시험 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 센서부는,
    상기 전달바에 부착되어 상기 전달바에 형성된 상기 압축 변형 파동을 측정하는 스트레인 게이지; 및
    상기 스트레인 게이지에서 측정된 상기 압축 변형 파동을 해석하여, 상기 램에 의해 상기 시편에 발생된 변형량, 응력, 가속도 중 적어도 어느 하나를 산출하는 해석부;
    를 포함하는, 충돌체 특성 시험 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 해석부는,
    특정 압축 변형 파동과 상기 시편의 변형량, 응력 및 가속도와의 상관관계들을 사전에 산출하여 저장하고, 상기 상관관계를 이용하여, 상기 스트레인 게이지에서 측정된 상기 압축 변형 파동으로부터 상기 시편에 발생된 변형량, 응력, 가속도 중 적어도 어느 하나를 산출하는, 충돌체 특성 시험 장치.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 센서부는,
    상기 스트레인 게이지에서 측정되는 상기 압축 변형 파동의 신호를 증폭시키는 증폭기; 및
    상기 증폭기로부터 증폭된 상기 압축 변형 파동의 신호를 인가받아, 상기 압축 변형 파동을 시간에 따른 압력전압의 변화로 출력하는 오실로스코프;
    를 더 포함하는, 충돌체 특성 시험 장치.
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 충돌부는,
    양측이 개방된 투명한 관 형상으로 형성되어 상기 하우징 내부에 삽입되고, 내부에 상기 시편을 수용하는 투명관;
    을 더 포함하는, 충돌체 특성 시험 장치.
  8. 삭제
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 충격부는,
    내부에 압축공기를 저장하는 가압 탱크;
    원통 형상으로 형성되고, 상기 시편과 동축을 이룰 수 있도록 상기 가압 탱크로부터 상기 충돌부를 향해 길게 연장되게 형성되어, 상기 충격바의 발사 방향을 안내하는 포신; 및
    상기 포신 내부에 수용되고, 상기 가압 탱크에 저장된 상기 압축공기의 공압에 의해 상기 충돌부 방향으로 발사되는 상기 충격바;
    를 포함하는, 충돌체 특성 시험 장치.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 램은,
    상기 충격바의 길이와 동일한 길이로 형성되는, 충돌체 특성 시험 장치.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 전달바의 단부에 설치되어, 가속도 센서에 의해, 상기 전달바에 형성된 상기 압축 변형 파동의 변화로부터 상기 시편에 발생된 가속도를 측정하는 제 3 센서부;
    를 더 포함하는, 충돌체 특성 시험 장치.
  12. 제 9 항에 있어서,
    상기 충격바는,
    원통 형상으로 형성되는 상기 포신의 내부 지름 보다 작은 지름을 가지는 봉 형상으로 길이 방향으로 길게 연장되게 형성되는 몸체부; 및
    상기 포신의 내부 지름과 동일한 지름으로 상기 몸체부의 외경면을 따라 링 형상으로 돌출되게 형성되고, 상기 몸체부의 길이 방향을 따라 적어도 하나 이상 배치되는 플랜지부;
    를 포함하는, 충돌체 특성 시험 장치.
KR1020230138138A 2023-10-17 2023-10-17 충돌체 특성 시험 장치 KR102642062B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020230138138A KR102642062B1 (ko) 2023-10-17 2023-10-17 충돌체 특성 시험 장치

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020230138138A KR102642062B1 (ko) 2023-10-17 2023-10-17 충돌체 특성 시험 장치

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR102642062B1 true KR102642062B1 (ko) 2024-03-04

Family

ID=90297708

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020230138138A KR102642062B1 (ko) 2023-10-17 2023-10-17 충돌체 특성 시험 장치

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102642062B1 (ko)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105758704A (zh) * 2016-02-23 2016-07-13 繁昌县菲德通讯材料设计有限公司 一种霍普金森压杆围压测试装置
KR101727405B1 (ko) 2015-10-28 2017-05-02 전북대학교산학협력단 Shpb 충격시험 전용 삼축 압축셀 및 이를 이용한 동적 삼축 전단 시험기법
KR20180008344A (ko) * 2016-07-15 2018-01-24 더 보잉 컴파니 연성 재료들의 동적 응력/스트레인 응답을 측정하기 위한 디바이스
CN111077023A (zh) * 2019-12-23 2020-04-28 煤炭科学技术研究院有限公司 动静组合加载含瓦斯煤孔隙压力响应和损伤破坏测定装置
CN115950767A (zh) * 2023-02-02 2023-04-11 东南大学 三维动静组合加载下节理岩体动态力学特性实验方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101727405B1 (ko) 2015-10-28 2017-05-02 전북대학교산학협력단 Shpb 충격시험 전용 삼축 압축셀 및 이를 이용한 동적 삼축 전단 시험기법
CN105758704A (zh) * 2016-02-23 2016-07-13 繁昌县菲德通讯材料设计有限公司 一种霍普金森压杆围压测试装置
KR20180008344A (ko) * 2016-07-15 2018-01-24 더 보잉 컴파니 연성 재료들의 동적 응력/스트레인 응답을 측정하기 위한 디바이스
CN111077023A (zh) * 2019-12-23 2020-04-28 煤炭科学技术研究院有限公司 动静组合加载含瓦斯煤孔隙压力响应和损伤破坏测定装置
CN115950767A (zh) * 2023-02-02 2023-04-11 东南大学 三维动静组合加载下节理岩体动态力学特性实验方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101727405B1 (ko) Shpb 충격시험 전용 삼축 압축셀 및 이를 이용한 동적 삼축 전단 시험기법
US10139327B2 (en) Indentation device, instrumented measurement system, and a method for determining the mechanical properties of materials by the indentation method
KR101902811B1 (ko) 금속판재의 충격 전단시험 장치
CN108375501B (zh) 一种基于分离式霍普金森压杆实验技术的数据处理方法
Hoge Influence of strain rate on mechanical properties of 6061-T6 aluminum under uniaxial and biaxial states of stress: Author presents special technique for determining mechanical properties of materials under dynamic tensile loads
CN108225949B (zh) 一种用于测试岩石破碎的实验装置及标定冲击速度和损耗能量的方法
US4379401A (en) System for measuring plate deformation produced by explosive shock waves, and motion-sensing accelerometer transducer used therein
CN111707402A (zh) 基于负泊松比结构的爆炸冲击波能量无源测量传感器
Pharr et al. Instrumentation of a conventional hardness tester for load-displacement measurement during indentation
Perez-Martin et al. Experimental determination of the dynamic fracture-initiation toughness of high-strength metals
EP3165896A1 (en) Device and method for a non-destructive measurement of mechanical properties
US7733466B2 (en) Measurement of constitutive properties of a powder subject to compressive axial and radial loading, using optical sensing
KR102642062B1 (ko) 충돌체 특성 시험 장치
Froustey et al. Design of an impact loading machine based on a flywheel device: Application to the fatigue resistance of the high rate pre-straining sensitivity of aluminium alloys
CN103018123B (zh) 一种高速加载材料动态压痕实验方法
JP2004506877A (ja) 衝突試験装置
CN114199705A (zh) 一种用于煤岩材料动态剪切试验的装置及方法
Xu et al. Application of split Hopkinson tension bar technique to the study of dynamic fracture properties of materials
KR101655566B1 (ko) 유리소재 안전성 평가 장치 및 평가 방법
RU2555198C2 (ru) Стенд для градуировки акселерометров
Isakov et al. Low-cycle impact fatigue testing based on an automatized split Hopkinson bar device
Li et al. An innovative instrumented projectile for measuring impact-induced force history
Hernandez-Gomez et al. Assessment of data for dynamic crack initiation under shock pressure loading: Part I—experiment
Zhu Implementation of the SHPB System for Material Property Test under High Strain Rate Deformation
Rawlings Energy absorption of dynamically and statically tested mild steel beams under conditions of gross deformation

Legal Events

Date Code Title Description
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant