KR102647833B1 - 단열 구조체의 피로 시험 장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 단열 구조체의 피로 시험 장치가 개시된다. 본 발명의 하나의 실시 예에 따른 단열 구조체의 피로 시험 장치는 단열 구조체의 시편에 대한 피로 시험 장치로서, 내부 밀폐 공간을 극저온으로 제어 가능한 극저온 챔버; 상기 극저온 챔버 내에 수용되는 압축 시험기; 상기 압축 시험기에 결합되는 지그 어셈블리; 상기 압축 시험기에 결합되어 상기 지그 어셈블리의 이동 변위와 상기 시편에 가해지는 힘을 측정하는 센서부; 및 상기 센서부에 의해 측정되는 신호를 수신 가능한 제어부; 를 포함한다.
Description
본 발명은 단열 구조체의 피로 시험 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 선박에 설치되는 화물창시스템(Cargo Containment System, CCS)의 단열재 시편에 대해 압축 피로 시험을 실시하여 반복적으로 가해지는 하중에 의한 피로 시험을 수행하기 위한 단열 구조체의 피로 시험 장치에 관한 것이다.
최근 들어 급속한 산업화의 발달 및 인구의 증가로 인해 에너지 수요가 지속적으로 증가하고 있고, 이에 따라 화석 연료의 고갈에 따른 대체 에너지 수급이 절실한 상황이며, 특히 우리나라의 경우에는 에너지 소비량의 많은 양을 소비하고 있으면서도 사용하는 에너지의 90% 이상을 외국의 수입에 의존하고 있는 실정인 만큼 에너지 확보 대책이 시급하다.
이에 전 세계적으로 직면하고 있는 복잡한 에너지 문제들을 해결하기 위해 대체 에너지가 주목받고 있다.
대체 에너지로 극저온 유체가 주목되며, 액화가스가 석유 의존도를 낮추고 온실가스 배출을 줄이기 위한 대체연료로 주목받고 있으며, 탈탄소화 정책과 산업환경 변화로 수요가 지속적으로 증가할 것으로 예상된다.
액화가스는 기체를 냉각 또는 압축하여 액체로 만든 것으로, 수송의 편의성을 위해 공업적으로 상온에서 기체인 것을 액체로 한 것이다. 액화가스 중에서 중요하게 사용되는 것 중 하나로 액화천연가스가 있다. 액화천연가스(Liquefied Natural Gas, 이하 'LNG'라 함)는 메탄(Methane)을 주성분으로 하는 천연가스를 -162°C로 냉각해 그 부피를 6백분의 1로 줄인 무색 투명한 초저온 액체를 말한다.
이러한 액화천연가스가 에너지 자원으로 사용됨에 따라 이 가스를 에너지로 이용하기 위해서 생산기지로부터 수요지의 인수지까지 대량으로 수송할 수 있는 효율적인 운송 방안이 검토되어 왔으며, 이러한 노력의 일환으로 대량의 액화가스를 해상으로 수송할 수 있는 액화가스 수송선박이 개발되었다.
그런데, 액화가스 수송선박에는 초저온상태로 액화시킨 액화가스를 보관 및 저장할 수 있는 화물창(Cargo)이 구비되어 있어야 하는데, 이러한 화물창에 요구되는 조건이 매우 까다로워 많은 어려움이 있다.
도 1은 종래의 피로 시험 장치에 이용되는 시험용 지그를 나타내는 정면 모식도이고, 도 2는 종래의 피로 시험 장치에 이용되는 시험용 지그를 나타내는 평면 모식도이다.
도 1 및 도 2를 함께 참조하면, 종래 기술의 시험용 지그는 경우 반복되는 압축시험과 시편의 평탄도에 의해 시편과 지그면이 만나는 지그 끝단에서 변형이 발생하는 문제점이 있다.
대한민국 공개특허공보 제10-2009-0066853호에는 피로 균열 감지 장치가 개시되어 있다.
종래기술은 피로 균열의 발생 시점을 비젼 시스템을 이용하여 자동으로 검출하고, 이에 따라 피로시험기를 멈추게 하여, 시험자에 따른 오차와 시간적 손실을 줄일 수 있도록 하는 피로 균열 감지 장치를 제공하는 기술이다.
그러나, 종래 기술은 시편에 균열이 발생되면 피로 시험을 중단하도록 구성되어 있어 시편에 대한 다양한 검사를 수행하는데 문제가 있다.
본 발명의 일 실시 예는 상기 종래 기술의 문제점을 극복하기 위하여 시편에 반복적으로 가해지는 하중에 의한 피로 강도, 하중의 반복 횟수와 피로 강도 사의의 상관 관계(S-N Curve) 및 피로 시험을 통해 각 구성품에 발생하는 손상이 발생하는 시점과 위치 등을 확인할 수 있는 단열 구조체의 피로 시험 장치를 제공하고자 한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 단열 구조체의 시편에 대한 피로 시험 장치로서, 내부 밀폐 공간을 극저온으로 제어 가능한 극저온 챔버; 상기 극저온 챔버 내에 수용되는 압축 시험기; 상기 압축 시험기에 결합되는 지그 어셈블리; 상기 압축 시험기에 결합되어 상기 지그 어셈블리의 이동 변위와 상기 시편에 가해지는 힘을 측정하는 센서부; 및 상기 센서부에 의해 측정되는 신호를 수신 가능한 제어부; 를 포함한다.
상기 지그 어셈블리는, 상기 압축 시험기의 상부에 결합되어 하방으로 이동되는 상부 플랜지; 상기 상부 플랜지의 하부에 결합되는 상부 플레이트 지그; 상기 상부 플레이트 지그에 대향하는 하부 플레이트 지그; 및 상기 하부 플레이트 지그의 하부에 결합되는 하부 플랜지; 를 포함한다.
상기 하부 플레이트 지그와 상기 상부 플레이트 지그 사이에 상기 시편이 개재되어 피로 시험이 수행된다.
상기 상부 플랜지는, 상기 압축 시험기에 일단이 결합되는 상부 플랜지 축부; 및 상기 상부 플랜지 축부의 타단부로부터 반경 방향으로 연장 형성되어 있는 상부 플랜지 연장부; 를 포함한다.
상기 상부 플레이트 지그는, 수직 방향으로 지지하는 상부 지지 프레임; 및 상기 지지 프레임의 상하부에 각각 결합되어 있는 상부 플레이트부재; 를 포함한다.
상기 하부 플레이트 지그는, 수직 방향으로 지지하는 하부 지지 프레임; 및 상기 지지 프레임의 상하부에 각각 결합되어 있는 하부 플레이트부재; 를 포함한다.
상기 하부 플랜지는, 상기 압축 시험기에 일단이 결합되는 하부 플랜지 축부; 및 상기 하부 플랜지 축부의 타단부로부터 반경 방향으로 연장 형성되어 있는 하부 플랜지 연장부; 를 포함한다.
상기 상부 플랜지와 상기 상부 플레이트 지그는 동일한 중심축으로 상호 체결된다.
상기 하부 플랜지와 상기 하부 플레이트 지그는 동일한 중심축으로 상호 체결된다.
상기 센서부는 상기 압축 시험기에 결합되어 상기 지그 어셈블리의 이동 변위를 측정하는 변위 센서를 포함한다.
상기 센서부는 상기 시편에 결합되어 상기 시편에 가해지는 힘을 측정하는 힘 센서를 포함한다.
상기 센서부는 시편의 온도를 측정하는 온도 센서를 포함한다.
본 발명에 따른 단열 구조체의 피로 시험 장치는 다음과 같은 효과가 있다.
첫째, 시편에 반복적으로 가해지는 하중에 대한 정확한 실험 결과를 얻을 수 있다.
둘째, 지그에 대한 시편의 미끄러짐을 방지할 수 있다.
셋째, 장시간 실험 과정에서 안전하게 수행될 수 있다.
넷째, 시험이 수행되는 동안 발생되는 변화에 대한 실험 결과를 획득할 수 있다.
다섯째, 실험 결과를 바탕으로 운용 설비의 고장 및 수명을 사전에 효율적으로 예방할 수 있다.
도 1은 종래의 피로 시험 장치에 이용되는 시험용 지그를 나타내는 정면 모식도이다.
도 2는 종래의 피로 시험 장치에 이용되는 시험용 지그를 나타내는 평면 모식도이다.
도 3 (a) 및 도 3 (b)는 각각 본 발명의 하나의 실시 예에 따른 단열 구조체의 피로 시험 장치에 이용되는 하중이 다른 시편을 나타내는 모식도이다.
도 4는 본 발명의 하나의 실시 예에 따른 단열 구조체의 피로 시험 장치에 이용되는 테스트 장비를 나타내는 모식도이다.
도 5는 도 4의 본 발명의 하나의 실시 예에 따른 단열 구조체의 피로 시험 장치에 이용되는 테스트 장비의 사양을 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명의 하나의 실시 예에 따른 단열 구조체의 피로 시험 장치에 이용되는 저온 챔버를 나타내는 모식도이다.
도 7은 도 6의 본 발명의 하나의 실시 예에 따른 단열 구조체의 피로 시험 장치에 이용되는 저온 챔버의 사양을 나타내는 도면이다.
도 8은 피로 특성의 예를 나타내는 도면이다.
도 9는 본 발명의 하나의 실시 예에 따른 단열 구조체의 피로 시험 장치에 시편이 설치된 예를 나타내는 도면이다.
도 10은 온도 모니터링의 예를 나타내는 도면이다.
도 11은 피로 시험 결과의 예를 나타내는 도면이다.
도 12는 S-N 곡선의 예를 나타내는 도면이다.
도 13은 본 발명의 하나의 실시 예에 따른 단열 구조체의 피로 시험 장치에 이용되는 시험용 지그에서 상부 플랜지를 나타내는 정면 모식도이다.
도 14는 본 발명의 하나의 실시 예에 따른 단열 구조체의 피로 시험 장치에 이용되는 시험용 지그에서 상부 플랜지를 나타내는 평면 모식도이다.
도 15는 본 발명의 하나의 실시 예에 따른 단열 구조체의 피로 시험 장치에 이용되는 시험용 지그에서 상부 플레이트 지그를 나타내는 정면 모식도이다.
도 16은 본 발명의 하나의 실시 예에 따른 단열 구조체의 피로 시험 장치에 이용되는 시험용 지그에서 상부 플레이트 지그를 나타내는 평면 모식도이다.
도 17은 본 발명의 하나의 실시 예에 따른 단열 구조체의 피로 시험 장치에 이용되는 시험용 지그에서 상부 플레이트 지그를 나타내는 측면 모식도이다.
도 18은 본 발명의 하나의 실시 예에 따른 단열 구조체의 피로 시험 장치에 이용되는 시험용 지그에서 하부 플레이트 지그를 나타내는 정면 모식도이다.
도 19는 본 발명의 하나의 실시 예에 따른 단열 구조체의 피로 시험 장치에 이용되는 시험용 지그에서 하부 플레이트 지그를 나타내는 평면 모식도이다.
도 20은 본 발명의 하나의 실시 예에 따른 단열 구조체의 피로 시험 장치에 이용되는 시험용 지그에서 하부 플레이트 지그를 나타내는 측면 모식도이다.
도 21은 본 발명의 하나의 실시 예에 따른 단열 구조체의 피로 시험 장치에 이용되는 시험용 지그에서 하부 플랜지를 나타내는 정면 모식도이다.
도 22는 본 발명의 하나의 실시 예에 따른 단열 구조체의 피로 시험 장치에 이용되는 시험용 지그에서 하부 플랜지를 나타내는 평면 모식도이다.
도 23은 본 발명의 하나의 실시 예에 따른 단열 구조체의 피로 시험 장치에 이용되는 시험용 지그에 시편이 개재되는 구조를 나타내는 모식도이다.
도 2는 종래의 피로 시험 장치에 이용되는 시험용 지그를 나타내는 평면 모식도이다.
도 3 (a) 및 도 3 (b)는 각각 본 발명의 하나의 실시 예에 따른 단열 구조체의 피로 시험 장치에 이용되는 하중이 다른 시편을 나타내는 모식도이다.
도 4는 본 발명의 하나의 실시 예에 따른 단열 구조체의 피로 시험 장치에 이용되는 테스트 장비를 나타내는 모식도이다.
도 5는 도 4의 본 발명의 하나의 실시 예에 따른 단열 구조체의 피로 시험 장치에 이용되는 테스트 장비의 사양을 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명의 하나의 실시 예에 따른 단열 구조체의 피로 시험 장치에 이용되는 저온 챔버를 나타내는 모식도이다.
도 7은 도 6의 본 발명의 하나의 실시 예에 따른 단열 구조체의 피로 시험 장치에 이용되는 저온 챔버의 사양을 나타내는 도면이다.
도 8은 피로 특성의 예를 나타내는 도면이다.
도 9는 본 발명의 하나의 실시 예에 따른 단열 구조체의 피로 시험 장치에 시편이 설치된 예를 나타내는 도면이다.
도 10은 온도 모니터링의 예를 나타내는 도면이다.
도 11은 피로 시험 결과의 예를 나타내는 도면이다.
도 12는 S-N 곡선의 예를 나타내는 도면이다.
도 13은 본 발명의 하나의 실시 예에 따른 단열 구조체의 피로 시험 장치에 이용되는 시험용 지그에서 상부 플랜지를 나타내는 정면 모식도이다.
도 14는 본 발명의 하나의 실시 예에 따른 단열 구조체의 피로 시험 장치에 이용되는 시험용 지그에서 상부 플랜지를 나타내는 평면 모식도이다.
도 15는 본 발명의 하나의 실시 예에 따른 단열 구조체의 피로 시험 장치에 이용되는 시험용 지그에서 상부 플레이트 지그를 나타내는 정면 모식도이다.
도 16은 본 발명의 하나의 실시 예에 따른 단열 구조체의 피로 시험 장치에 이용되는 시험용 지그에서 상부 플레이트 지그를 나타내는 평면 모식도이다.
도 17은 본 발명의 하나의 실시 예에 따른 단열 구조체의 피로 시험 장치에 이용되는 시험용 지그에서 상부 플레이트 지그를 나타내는 측면 모식도이다.
도 18은 본 발명의 하나의 실시 예에 따른 단열 구조체의 피로 시험 장치에 이용되는 시험용 지그에서 하부 플레이트 지그를 나타내는 정면 모식도이다.
도 19는 본 발명의 하나의 실시 예에 따른 단열 구조체의 피로 시험 장치에 이용되는 시험용 지그에서 하부 플레이트 지그를 나타내는 평면 모식도이다.
도 20은 본 발명의 하나의 실시 예에 따른 단열 구조체의 피로 시험 장치에 이용되는 시험용 지그에서 하부 플레이트 지그를 나타내는 측면 모식도이다.
도 21은 본 발명의 하나의 실시 예에 따른 단열 구조체의 피로 시험 장치에 이용되는 시험용 지그에서 하부 플랜지를 나타내는 정면 모식도이다.
도 22는 본 발명의 하나의 실시 예에 따른 단열 구조체의 피로 시험 장치에 이용되는 시험용 지그에서 하부 플랜지를 나타내는 평면 모식도이다.
도 23은 본 발명의 하나의 실시 예에 따른 단열 구조체의 피로 시험 장치에 이용되는 시험용 지그에 시편이 개재되는 구조를 나타내는 모식도이다.
이하 설명하는 실시 예들은 본 발명의 기술 사상을 당업자가 용이하게 이해할 수 있도록 제공되는 것으로 이에 의해 본 발명이 한정되지는 않는다. 또한, 첨부된 도면에 표현된 사항들은 본 발명의 실시 예들을 쉽게 설명하기 위해 도식화된 도면으로 실제로 구현되는 형태와 상이할 수 있다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 연결되어 있거나 접속되어 있다고 언급될 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 한다.
도 3은 본 발명의 하나의 실시 예에 따른 단열 구조체의 피로 시험 장치에 이용되는 시편을 나타내는 모식도이다.
도 3을 참조하면, 도 3 (a) 및 도 3 (b)의 각각의 시편(10)의 크기는 같으나 중량이 다른 시편이 각각 도시되어 있다.
시편(10)은 선박의 선체를 포함해 선박에 시공되는 화물창시스템의 단열판넬과 동일하게 제작되며, 시편은 발주처에서 공급받아 압축시험을 수행한다.
마스틱(mastic)은 극저온화물창의 재료 중 하나로서, 마스틱은 단열패널 상부에 압축하중이 가해졌을 때 패널을 지지하는 역할을 하므로 마스틱의 간격은 설계기준과 같아야 한다.
시편 상부에 강화퍼프(Reinforced Polyurethane Foam, R-PUF) 및 목재에 영향을 줄 수 있는 물건을 올려놓지 않도록 주의해야 한다.
도 4는 본 발명의 하나의 실시 예에 따른 단열 구조체의 피로 시험 장치에 이용되는 테스트 장비를 나타내는 모식도이고, 도 5는 도 4의 본 발명의 하나의 실시 예에 따른 단열 구조체의 피로 시험 장치에 이용되는 테스트 장비의 사양을 나타내는 도면이다.
도 4 및 도 5를 함께 참조하면, 본 발명의 하나의 실시 예에 따른 단열 구조체의 피로 시험 장치에 이용되는 압축 시험기(120)의 사양(Specification of dynamic test machine)은 도 5와 같으며, 압축 시험기(120)는 시편(도 3: 10)에 하중을 가하며 변화되는 하중에 의한 인장력(Tensile), 압축력(Compressive), 3점 굽힘시험(3-Point bending test), 피로 시험(Fatigue test) 등의 시험을 수행하고, 제어 인자는 변위(Displacement), 부하(Load), 변형율(Strain)이다. 본 발명의 하나의 실시 예에 따른 단열 구조체의 피로 시험 장치는 이때의 시험 결과를 측정하고 저장하게 된다.
압축 시험기(120)는 컬럼(Column)(가이드 포스트) 사이의 간격이 1000mm이고, T슬롯 플래튼(T-slot platen)은 1400mm × 3000mm이다.
도 6은 본 발명의 하나의 실시 예에 따른 단열 구조체의 피로 시험 장치에 이용되는 저온 챔버를 나타내는 모식도이고, 도 7은 도 6의 본 발명의 하나의 실시 예에 따른 단열 구조체의 피로 시험 장치에 이용되는 저온 챔버의 사양을 나타내는 도면이며, 도 8은 피로 특성의 예를 나타내는 도면이다.
도 6 내지 도 8을 도 4와 함께 참조하면, 본 발명의 하나의 실시 예에 따른 단열 구조체의 피로 시험 장치에 이용되는 극저온 챔버(Cryogenic chamber, 110)는 테스트 장비인 압축 시험기(120)를 내부에 수용하며 극저온으로 시험을 수행하게 된다.
극저온 챔버(110)의 사양은 챔버 내부 온도 범위가 -180도 내지 실내 온도이다. 극저온 챔버(110)의 내부 치수는 500mm × 800mm × 1000mm이고, 냉매는 극저온 액체질소(LN2)이다.
피로 시험 조건에 대해 설명하면, 제어 모드(Control mode)는 힘 제어(Force control)이며, 피로 시험 속도(Fatigue test speed)는 1 ~ 3 Hz이고, 샘플 레이트(Sample rate)는 피크 대 골짜기(Peak & valley) 비율이며, 저장 데이터는(Saving data) 시간(Time), 횟수(Count), 변위(Displacement), 힘(Force)이고, 온도(Temperature)는 실온 및 극저온(Room & Cryogenic Temperature(-163℃))이며, 부하 비율 (Load Ratio)은 0.1이다.
도 8에서, X축 시간(Time)을 나타내고, Y축 응력(Stress)을 나타내며, 상한 응력(Upper limit stress), 하한 응력(Lower limit stress), 응력 진폭(Stress amplitude), 응력 범위(Stress range), 평균 응력(Mean Stress)을 알 수 있고, 이때 측정되는 응력(σ)의 응력 범위(Stress Range), 응력진폭(Alternating stress or stress amplitude), 평균 응력(Mean Stress), 응력비(Stress Ratio) 등의 값을 얻을 수 있다.
도 9는 본 발명의 하나의 실시 예에 따른 단열 구조체의 피로 시험 장치에 시편이 설치된 예를 나타내는 도면이고, 도 10은 온도 모니터링의 예를 나타내는 도면이다.
도 9 및 도 10을 다른 도면들과 함께 참조하면, 본 발명의 하나의 실시 예에 따른 단열 구조체의 피로 시험 장치는 제어부(150)를 이용하여 냉각 방법 및 온도 유지 시간을 설정한다.
단열 구조체의 피로 시험 장치는 극저온 챔버(110), 압축 시험기(120), 지그 어셈블리(130), 센서부(140) 및 제어부(150)를 포함하여 구성되어 있다.
극저온 챔버(110)는 내부 밀폐 공간을 극저온으로 제어 가능하다.
극저온 챔버(110)에는 액체질소(LN2)를 주입하여 극저온 상태를 유지하고, 극저온 챔버(110) 내부의 시편(10)에 온도센서(143)를 부착하여 실시간으로 온도를 확인할 수 있다.
시편(10)의 균일한 온도분포를 위해 시편(10)에 부착된 온도센서(143)가 목표온도에 도달한 후 약 8시간 동안 유지한 후 실험을 진행하게 된다.
압축 시험기(120)는 극저온 챔버(110) 내에 수용되고, 시편(10)에 대한 압축 시험을 수행 가능하게 한다.
지그 어셈블리(130)는 압축 시험기(120)에 결합된다.
지그 어셈블리(130)는 압축 시험기(120)의 상부에 결합되어 하방으로 이동되는 상부 플랜지(131), 상부 플랜지(131)의 하부에 결합되는 상부 플레이트 지그(132), 상부 플레이트 지그(132)에 대향하는 하부 플레이트 지그(133) 및 하부 플레이트 지그(133)의 하부에 결합되는 하부 플랜지(134)를 포함하여 구성되어 있다.
상부 플랜지(131)는 압축 시험기(120)에 일단이 결합되는 봉 형상의 상부 플랜지 축부(131-1) 및 상부 플랜지 축부(131-1)의 타단부로부터 반경 방향으로 연장 형성되어 있는 원판 형상의 상부 플랜지 연장부(131-2)를 포함하여 구성되어 있다.
상부 플랜지(131)는 압축 시험기(120)에서 수직 방향을 향하며 상호 이격되어 있는 봉 형상의 가이드 포스트 사이를 상하 이동하며 힘을 가하는 상측 가로 프레임에 결합되어 있다.
상부 플레이트 지그(132)는 수직 방향으로 지지하는 상부 지지 프레임(132-1) 및 상부 지지 프레임(132-1)의 상하부에 각각 결합되어 있는 판 형상의 상부 플레이트부재(132-2)를 포함하여 구성되어 있다.
하부 플레이트 지그(133)는 수직 방향으로 지지하는 하부 지지 프레임(133-1) 및 하부 지지 프레임(133-1)의 상하부에 각각 결합되어 있는 판 형상의 하부 플레이트부재(133-2)를 포함하여 구성되어 있다.
하부 플랜지(134)는 압축 시험기(120)에 일단이 결합되는 봉 형상의 하부 플랜지 축부(134-1) 및 하부 플랜지 축부(134-1)의 타단부로부터 반경 방향으로 연장 형성되어 있는 원판 형상의 하부 플랜지 연장부(134-2)를 포함하여 구성되어 있다.
상부 플랜지(131)와 상부 플레이트 지그(132)는 동일한 중심축으로 상호 체결되고, 하부 플랜지(134)와 하부 플레이트 지그(133)는 동일한 중심축으로 상호 체결된다. 체결은 볼트 및 너트가 이용되는 것이 바람직하다.
이러한 구조에 의해 하부 플레이트 지그(133)와 상부 플레이트 지그(132) 사이에 시편(10)이 개재되어 피로 시험이 수행된다.
센서부(140)는 압축 시험기(120)에 결합되어 지그 어셈블리(130)를 이용하는 시험 과정에서 변화를 감지하되, 센서부(140)는 변위 센서(141), 힘 센서(142) 및 온도 센서(143)를 포함하여 구성되어 있다.
변위 센서(141)는 압축 시험기(120)에 결합되어 지그 어셈블리(130)의 이동 변위를 측정한다.
힘 센서(142)는 시편(10)에 가해지는 힘을 측정한다.
온도 센서(143)는 시편(10)의 온도와 극저온 챔버(110)의 내부 밀폐 공간의 온도를 측정할 수 있다.
이에 따라 센서부(140)는 압축 시험기(120)에 결합되어 지그 어셈블리(130)의 이동 변위와 시편(10)에 가해지는 힘을 측정하게 된다.
제어부(150)는 본 발명의 하나의 실시 예에 따른 단열 구조체의 피로 시험 장치의 전체 작동을 제어한다.
본 발명에 따르면 극저온 시험을 위한 극저온 챔버(110)를 이용하여 액체질소(LN2)를 극저온 챔버(110)에 주입하여 극저온 상태를 유지하고, 극저온 챔버(110)의 상부 및 하부 시료에 센서부(140)의 온도센서(143)를 부착하여 실시간으로 온도를 확인한다. 여기서, 제어부(150)는 연산을 수행하는 마이크로컨트롤러 및 데이터를 저장하는 메모리를 포함하여 구성되어 있다.
또한, 제어부(150)는 센서부(140)에 의해 측정되는 신호를 수신 가능하다.
시편(10)의 균일한 온도분포를 위해 시편에 부착된 센서부(140)의 온도센서(143)가 목표온도에 도달한 후, 하나의 예를 들어 8시간 동안 유지한 후 실험을 진행하는 것이 바람직하다.
이때, 시편(10)의 동적 응답에 영향을 미치지 않는 방식으로 온도 센서(143)를 부착하고 온도 모니터링을 수행한다. 실험은 시작 타겟 온도(Beginning Terget Temp)에서 수행된다.
시편(10)의 온도를 모니터링하고 주파수는 시험에서 연구할 요인이 아닌 한 상당한 온도 변화를 피하기 위해 충분히 낮게 유지해야 한다. 높은 주기 속도는 시편(10) 온도와 매트릭스 재료의 특성에 변화를 일으킬 수 있기 때문에 주파수를 선택할 때 주의가 필요하다.
본 발명에 따른 실험 절차는 다음과 같다.
변형율(Strain rate), 샘플레이트(Sample Rate) 등 시험 수행을 위한 정보를 입력한 후 고변형 압축 시험을 실시하며 단열 구조체의 피로 시험 장치는 다음과 같은 성능을 갖추어야 한다.
센서부(140)의 힘 센서(142)는 시험 중에 판에 대한 시험 시편(10)의 반응에 의해 생성된 힘을 측정하기 위해 플레이트 지그의 기계 판 중 하나에 고정되어야 한다.
센서부(140)의 힘 센서(142)는 측정 작업 과정에서 자체 변형이 측정 중인 것과 비교하여 무시할 수 있어야 하며 추가로 ±1%의 정확도로 어느 시점에서든 힘을 지속적으로 측정할 수 있어야 한다.
단열 구조체의 피로 시험 장치에 의해 생성된 힘과 변위를 센서부(140)의 변위 센서(141)와 힘 센서(142)를 이용하여 측정하고 해당하는 경우 카메라(170)로 촬영하고 촬영된 데이터를 그래픽으로 기록하여 저장하는 저장 장치(160)를 주기적으로 점검해야 한다.
본 발명의 하나의 실시 예에 따른 단열 구조체의 피로 시험 장치는 일련의 표준 분동을 사용하여 검사해야 하며, 그 질량은 ±1%보다 더 정확하고 시험 중에 적용된 힘에 해당합니다. 장치를 확인하기 위해 ±0.5% 또는 ±0.1mm 중 더 제한적인 값보다 더 나은 정확도로 알려진 두께를 가진 스페이서를 사용해야 한다.
본 발명에서 샘플링 속도는 테스트 중에 충분한 데이터를 얻을 수 있어야 한다.
그리고, 실험 과정에서 획득되는 데이터가 정상적으로 기록되고 저장 장치(160)에 저장되고 있는지 모니터링한다.
도 11은 피로 시험 결과의 예를 나타내는 도면이고, 도 12는 S-N 곡선의 예를 나타내는 도면이다.
도 11 및 도 12를 함께 참조하면, 하나의 예시적인 시험 결과로서 힘과 변위의 기록 곡선(History curve of Force & Displacement)이 기록됨을 알 수 있다.
도 11 (a) 및 도 11 (b)에서 가로축의 사이클(N)에 대해 세로축의 힘(Force)과 변위(Displacement)를 각각 알 수 있고, 이에 대해 도 12 (a)와 도 12 (b)는 S-N 곡선으로 가로축의 사이클(N)의 수에 대해 세로축의 스트레스 레인지(Stress Range)를 각각 알 수 있다.
도 13은 본 발명의 하나의 실시 예에 따른 단열 구조체의 피로 시험 장치에 이용되는 시험용 지그에서 상부 플랜지를 나타내는 정면 모식도이고, 도 14는 본 발명의 하나의 실시 예에 따른 단열 구조체의 피로 시험 장치에 이용되는 시험용 지그에서 상부 플랜지를 나타내는 평면 모식도이다.
도 13 및 도 14를 다른 도면들과 함께 참조하면, 본 발명의 하나의 실시 예에 따른 단열 구조체의 피로 시험 장치에서, 상부 플랜지(131)는 압축 시험기(120)의 상측 가로 프레임에 일단이 결합되는 봉 형상의 상부 플랜지 축부(131-1) 및 상부 플랜지 축부(131-1)의 타단부로부터 반경 방향으로 연장 형성되어 있는 원판 형상의 상부 플랜지 연장부(131-2)를 포함하여 구성되어 있다.
상부 플랜지 연장부(131-2)에는 복수개의 체결구멍이 형성되어 있으며, 상부 플랜지(131)는 정면에서 보았을 때 T자 형상을 이루게 된다.
도 15는 본 발명의 하나의 실시 예에 따른 단열 구조체의 피로 시험 장치에 이용되는 시험용 지그에서 상부 플레이트 지그를 나타내는 정면 모식도이고, 도 16은 본 발명의 하나의 실시 예에 따른 단열 구조체의 피로 시험 장치에 이용되는 시험용 지그에서 상부 플레이트 지그를 나타내는 평면 모식도이며, 도 17은 본 발명의 하나의 실시 예에 따른 단열 구조체의 피로 시험 장치에 이용되는 시험용 지그에서 상부 플레이트 지그를 나타내는 측면 모식도이다.
도 15 내지 도 17을 다른 도면들과 함께 참조하면, 본 발명의 하나의 실시 예에 따른 단열 구조체의 피로 시험 장치에서, 상부 플레이트 지그(132)는 수직 방향으로 지지하는 상부 지지 프레임(132-1) 및 상부 지지 프레임(132-1)의 상하부에 각각 결합되어 있는 판 형상의 상부 플레이트부재(132-2)를 포함하여 구성되어 있다.
상부 지지 프레임(132-1)은 지면에 대해 수직 방향으로 가운데 부위와 양단 부위에 각각 위치하고 있으며, 상부 플레이트부재(132-2)는 평면을 기준으로 평면 형상으로 상부 지지 프레임(132-1)의 상단 및 하단에 각각 결합되어 있다.
도 18은 본 발명의 하나의 실시 예에 따른 단열 구조체의 피로 시험 장치에 이용되는 시험용 지그에서 하부 플레이트 지그를 나타내는 정면 모식도이고, 도 19는 본 발명의 하나의 실시 예에 따른 단열 구조체의 피로 시험 장치에 이용되는 시험용 지그에서 하부 플레이트 지그를 나타내는 평면 모식도이며, 도 20은 본 발명의 하나의 실시 예에 따른 단열 구조체의 피로 시험 장치에 이용되는 시험용 지그에서 하부 플레이트 지그를 나타내는 측면 모식도이다.
도 18 내지 도 20을 다른 도면들과 함께 참조하면, 본 발명의 하나의 실시 예에 따른 단열 구조체의 피로 시험 장치에서, 하부 플레이트 지그(133)는 수직 방향으로 지지하는 하부 지지 프레임(133-1) 및 하부 지지 프레임(133-1)의 상하부에 각각 결합되어 있는 판 형상의 하부 플레이트부재(133-2)를 포함하여 구성되어 있다.
하부 지지 프레임(133-1)은 지면에 대해 수직 방향으로 가운데 부위와 양단에 인접한 부위에 각각 위치하고 있으며, 하부 플레이트부재(133-2)는 평면을 기준으로 평면 형상으로 하부 지지 프레임(133-1)의 상단 및 하단에 각각 결합되어 있다.
도 21은 본 발명의 하나의 실시 예에 따른 단열 구조체의 피로 시험 장치에 이용되는 시험용 지그에서 하부 플랜지를 나타내는 정면 모식도이고, 도 22는 본 발명의 하나의 실시 예에 따른 단열 구조체의 피로 시험 장치에 이용되는 시험용 지그에서 하부 플랜지를 나타내는 평면 모식도이다.
도 21 및 도 22를 다른 도면들과 함께 참조하면, 본 발명의 하나의 실시 예에 따른 단열 구조체의 피로 시험 장치에서, 하부 플랜지(134)는 압축 시험기(120)에 일단이 결합되는 봉 형상의 하부 플랜지 축부(134-1) 및 하부 플랜지 축부(134-1)의 타단부로부터 반경 방향으로 연장 형성되어 있는 원판 형상의 하부 플랜지 연장부(134-2)를 포함하여 구성되어 있다.
하부 플랜지 연장부(134-2)에는 복수개의 체결구멍이 형성되어 있으며, 하부 플랜지(134)는 정면에서 보았을 때 T자 형상을 이루게 된다.
도 23은 본 발명의 하나의 실시 예에 따른 단열 구조체의 피로 시험 장치에 이용되는 시험용 지그에 시편이 개재되는 구조를 나타내는 모식도이다.
도 23을 다른 도면들과 함께 참조하면, 압축 시험기(120)는 극저온 챔버(110) 내에 수용되고, 시편(10)에 대한 압축 시험을 수행 가능하게 하는 구동력을 발생시킨다.
지그 어셈블리(130)는 압축 시험기(120)에 결합되되, 상부 플레이트 지그(132)가 시편(10)의 상부에 위치하며 상부 플레이트 지그(132)의 상부에 상부 플랜지(131)가 결합된다.
상부 플랜지(131)의 상부 플랜지 축부(131-1)가 압축 시험기(120)에 결합되어 구동력을 전달받는다.
하부 플레이트 지그(133)는 시편(10)의 하부에 위치하며, 하부 플레이트 지그(133)의 하부에 하부 플랜지(134)가 결합된다.
하부 플랜지(134)의 하부 플랜지 축부(134-1가 압축 시험기(120)에 결합되어 구동력을 전달받는다.
본 발명에 따른 지그 어셈블리(130)는 종래의 시험용 지그(1)가 반복되는 압축시험과 시편의 평탄도에 의해 시편과 지그면이 만나는 지그 끝단에서 변형이 발생되는 문제점을 해결하여 종래의 브라켓형 시험용 지그(1) 대신 지그 양쪽 끝단까지 지그의 지지 구조를 보강함으로써 지그 강도 향상 및 균일한 하중 배분을 통해 정확한 데이터 수집할 수 있다.
도 3 내지 도 23을 함께 참조하여 본 발명의 하나의 실시 예에 따른 단열 구조체의 피로 시험 장치의 작동 관계를 설명하면, 극저온 챔버(110) 내부에 압축 시험기(120)가 수용되고, 압축 시험기(120)의 지그 어셈블리(130)에 시편(10)이 위치하게 된다.
시편(10)에 부착된 온도센서(143)가 목표온도에 도달한 후 소정 시간을 유지하게 한다.
온도가 설정 온도로 유지되면 압축 시험기(120)는 지그 어셈블리(130)에 구동력을 전달하게 되어 시편(10)에 대한 시험을 수행한다.
센서부(140)의 변위 센서(141)는 압축 시험기(120)에 결합되어 지그 어셈블리(130)의 이동 변위를 측정하고, 힘 센서(142)는 압축 시험기(120)에 결합되어 시편(10)에 가해지는 힘을 측정하며, 온도 센서(143)는 극저온 챔버(110)의 내부 밀폐 공간의 온도를 측정하게 된다.
제어부(150)는 센서부(140)에 의해 측정되는 신호를 수신하고, 측정된 값들과 카메라(170)로 촬영된 데이터를 저장 장치(160)에 저장하게 된다.
따라서, 본 발명에 따른 단열 구조체의 피로 시험 장치는 시편에 반복적으로 가해지는 하중에 대한 정확한 실험 결과를 얻을 수 있고, 지그에 대한 시편의 미끄러짐을 방지할 수 있으며 장시간 실험 과정에서 안전하게 수행될 수 있다.
또한, 시험이 수행되는 동안 발생되는 변화에 대한 실험 결과를 획득할 수 있고, 실험 결과를 바탕으로 운용 설비의 고장 및 수명을 사전에 효율적으로 예방할 수 있는 효과를 제공한다.
본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시 예들은 여러 가지 실시 가능한 예 중에서 당 업자의 이해를 돕기 위하여 가장 바람직한 실시 예를 선정하여 제시한 것일 뿐, 이 발명의 기술적 사상이 반드시 제시된 실시 예에만 의해서 한정되거나 제한되는 것은 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변화와 부가 및 변경이 가능함은 물론, 균등한 타의 실시 예가 가능함을 밝혀둔다.
1: 시험용 지그
10: 시편
110: 극저온 챔버
120: 압축 시험기
130: 지그 어셈블리
131: 상부 플랜지
131-1: 상부 플랜지 축부
131-2: 상부 플랜지 연장부
132: 상부 플레이트 지그
132-1: 상부 지지 프레임
132-2: 상부 플레이트부재
133: 하부 플레이트 지그
133-1: 하부 지지 프레임
133-2: 하부 플레이트부재
134: 하부 플랜지
134-1: 하부 플랜지 축부
134-2: 하부 플랜지 연장부
140: 센서부
141: 변위 센서
142: 힘 센서
143: 온도 센서
150: 제어부
160: 저장 장치
170: 카메라
10: 시편
110: 극저온 챔버
120: 압축 시험기
130: 지그 어셈블리
131: 상부 플랜지
131-1: 상부 플랜지 축부
131-2: 상부 플랜지 연장부
132: 상부 플레이트 지그
132-1: 상부 지지 프레임
132-2: 상부 플레이트부재
133: 하부 플레이트 지그
133-1: 하부 지지 프레임
133-2: 하부 플레이트부재
134: 하부 플랜지
134-1: 하부 플랜지 축부
134-2: 하부 플랜지 연장부
140: 센서부
141: 변위 센서
142: 힘 센서
143: 온도 센서
150: 제어부
160: 저장 장치
170: 카메라
Claims (13)
- 단열 구조체의 시편에 대한 피로 시험 장치로서,
내부 밀폐 공간을 극저온으로 제어 가능한 극저온 챔버;
상기 극저온 챔버 내에 수용되는 압축 시험기;
상기 압축 시험기에 결합되는 지그 어셈블리;
상기 압축 시험기에 결합되어 상기 지그 어셈블리의 이동 변위와 상기 시편에 가해지는 힘을 측정하는 센서부; 및
상기 센서부에 의해 측정되는 신호를 수신 가능한 제어부; 를 포함하되,
상기 지그 어셈블리는,
상기 압축 시험기의 상부에 결합되어 하방으로 이동되는 상부 플랜지;
상기 상부 플랜지의 하부에 결합되는 상부 플레이트 지그;
상기 상부 플레이트 지그에 대향하는 하부 플레이트 지그; 및
상기 하부 플레이트 지그의 하부에 결합되는 하부 플랜지; 를 포함하는 것을 특징으로 하는
단열 구조체의 피로 시험 장치. - 삭제
- 제 1 항에 있어서,
상기 하부 플레이트 지그와 상기 상부 플레이트 지그 사이에 상기 시편이 개재되어 피로 시험이 수행되는 것을 특징으로 하는
단열 구조체의 피로 시험 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 상부 플랜지는,
상기 압축 시험기에 일단이 결합되는 상부 플랜지 축부; 및
상기 상부 플랜지 축부의 타단부로부터 반경 방향으로 연장 형성되어 있는 상부 플랜지 연장부; 를 포함하는 것을 특징으로 하는
단열 구조체의 피로 시험 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 상부 플레이트 지그는,
수직 방향으로 지지하는 상부 지지 프레임; 및
상기 상부 지지 프레임의 상하부에 각각 결합되어 있는 상부 플레이트부재; 를 포함하는 것을 특징으로 하는
단열 구조체의 피로 시험 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 하부 플레이트 지그는,
수직 방향으로 지지하는 하부 지지 프레임; 및
상기 하부 지지 프레임의 상하부에 각각 결합되어 있는 하부 플레이트부재; 를 포함하는 것을 특징으로 하는
단열 구조체의 피로 시험 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 하부 플랜지는,
상기 압축 시험기에 일단이 결합되는 하부 플랜지 축부; 및
상기 하부 플랜지 축부의 타단부로부터 반경 방향으로 연장 형성되어 있는 하부 플랜지 연장부; 를 포함하는 것을 특징으로 하는
단열 구조체의 피로 시험 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 상부 플랜지와 상기 상부 플레이트 지그는 동일한 중심축으로 상호 체결되는 것을 특징으로 하는
단열 구조체의 피로 시험 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 하부 플랜지와 상기 하부 플레이트 지그는 동일한 중심축으로 상호 체결되는 것을 특징으로 하는
단열 구조체의 피로 시험 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 센서부는 상기 압축 시험기에 결합되어 상기 지그 어셈블리의 이동 변위를 측정하는 변위 센서를 포함하는 것을 특징으로 하는
단열 구조체의 피로 시험 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 센서부는 상기 시편에 결합되어 상기 시편에 가해지는 힘을 측정하는 힘 센서를 포함하는 것을 특징으로 하는
단열 구조체의 피로 시험 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 센서부는 시편의 온도를 측정하는 온도 센서를 포함하는 것을 특징으로 하는
단열 구조체의 피로 시험 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 시편의 피로 시험 과정을 촬영하는 카메라를 더 포함하는 것을 특징으로 하는
단열 구조체의 피로 시험 장치.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020230182032A KR102647833B1 (ko) | 2023-12-14 | 2023-12-14 | 단열 구조체의 피로 시험 장치 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020230182032A KR102647833B1 (ko) | 2023-12-14 | 2023-12-14 | 단열 구조체의 피로 시험 장치 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR102647833B1 true KR102647833B1 (ko) | 2024-03-18 |
Family
ID=90474024
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020230182032A KR102647833B1 (ko) | 2023-12-14 | 2023-12-14 | 단열 구조체의 피로 시험 장치 |
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| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR102647833B1 (ko) |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20070113650A1 (en) * | 2005-11-10 | 2007-05-24 | Fellinger Thomas J | Gauge and method for indicating one or more properties of a loose-fill insulation |
| KR20090066853A (ko) | 2007-12-20 | 2009-06-24 | 주식회사 포스코 | 피로 균열 감지 장치 |
| KR102471744B1 (ko) * | 2021-12-30 | 2022-11-29 | 목포대학교산학협력단 | 극저온에서 2차 방벽의 피로 시험 방법 |
| KR102520649B1 (ko) * | 2021-12-30 | 2023-04-11 | 목포대학교산학협력단 | 압축시험용 지그 장치 |
| KR102545151B1 (ko) * | 2022-12-26 | 2023-06-20 | 목포대학교산학협력단 | 극저온 화물창용 단열 패널의 강도 시험장치 |
-
2023
- 2023-12-14 KR KR1020230182032A patent/KR102647833B1/ko active IP Right Grant
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