KR20040057174A - 비접촉식 좌굴모드 측정장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 실험하고자 하는 부재의 좌굴모드를 비접촉식으로 측정하는 좌굴모드 측정장치에 관한 것이며, 본 발명의 비접촉식 좌굴모드 측정장치(20)는 좌굴모드를 측정하고자 하는 실험부재(21)의 일단이 고정된 고정부(23)와, 실험부재(21)의 타단이 고정되며 실험부재(21)에 압축하중을 가력하는 가력부(24)로 구성된 지그(22)에 설치된다. 그리고, 본 발명은 실험부재(21)가 고정된 길이방향으로 실험부재(21)로부터 일정간격 이격되게 설치되는 종형 레일(25)과, 종형 레일(25)에 맞물려 종형 레일(25)을 따라 이동할 수 있는 폐곡선형의 횡형 레일(26) 및, 횡형 레일(26)의 내측쪽에 횡형 레일(26)을 따라 회전 가능하게 결합되어 실험부재(21)에 발생하는 국부좌굴을 측정하는 비접촉식 센서(27)으로 구성된다. 따라서, 본 발명의 비접촉식 좌굴모드 측정장치(20)는 실험부재(21)의 전장에 걸친 좌굴발생 여부를 확인할 수 있기 때문에, 국부좌굴이 발생할 수 있는 경량형강과 같은 실험부재에서도 정확한 좌굴하중과 좌굴지점을 측정할 수 있는 효과가 있다.

Description

비접촉식 좌굴모드 측정장치{The buckling mode measuring equipment without touching}

본 발명은 실험하고자 하는 부재의 좌굴모드를 측정하는 장치에 관한 것이며, 특히, 비접촉식으로 부재에 좌굴이 발생되는 하중과 지점을 측정할 수 있는 좌굴모드 측정장치에 관한 것이다.

좌굴은 구조물에서 기둥과 같이 길이방향으로 하중이 가해지는 부재의 성능을 실험하는 요소 중의 하나로서, 실험하고자 하는 부재의 양 끝단에서 압축하중을 가한 경우에 부재가 휘어지는 현상을 일컫는다.

기둥에 사용되는 부재는 구조물의 내력을 지지하기 때문에, 이런 부재에 대한 성능시험은 안전사고의 예방을 위해서 필수적으로 행해져야 한다. 특히, 기둥으로 사용되는 부재에는 압축하중이 가해지기 때문에, 부재의 좌굴모드 성능시험은 정확한 데이터 측정을 요구하고 있다.

도 1은 종래기술에 따른 부재의 좌굴모드를 접촉식 센서로 측정하는 장치를 개략적으로 나타낸 도면이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 종래기술에 따른 좌굴모드 측정장치(10)는 LVDT(Linear Variable Differential Transformer)형 접촉식 센서를 이용하여 좌굴모드를 측정한다. 이런 종래기술의 좌굴모드 측정장치(10)는 다음과 같이 구성 설치된다.

좌굴모드 측정장치(10)에는 상하부에 각각 측정하고자 하는 실험부재(11)를 고정하는 상하부 고정부(12, 13)가 각각 설치되고, 상부 고정부(12)에는 실험부재(11)에 압축하중을 가하는 가력부(14)가 결합된다. 그리고, 좌굴모드 측정장치(10)는 실험부재(11)의 횡방향 변위를 측정할 수 있는 제 1접촉식 센서(15)가 다른 장치(16)에 설치되도록 고안되고, 제 2, 제 3접촉식 센서(17, 18)는 하부 고정부(13)에 설치 고정된다.

제 1접촉식 센서(15)는 LVDT(Linear Variable Differential Transformer)형 변위계로서, 좌굴 실험시 실험부재(11)의 표면에 접촉되도록 설치된다. 그리고, 제 1접촉식 센서(15)는 실험부재(11)가 횡방향으로 휘어지는 좌굴이 발생하는 경우에 그 횡방향의 거동변위를 측정하고, 좌굴모드 측정장치(10)는 좌굴이 발생하는 시점의 압축하중인 좌굴하중을 측정한다. 이 때, 제 1접촉식 센서(15)는 실험부재(11)의 길이방향 중심에서 일반적으로 좌굴이 발생하기 때문에, 실험부재(11)의 중심에서 횡방향의 거동변위를 측정한다.

그리고, 제 2, 제 3접촉식 센서(17, 18)도 제 1접촉식 센서(15)와 동일하게 실험부재(11)의 길이방향 거동변위를 측정한다.

하지만, 종래기술은 좌굴이 실험부재(11)의 길이방향 중심에서 발생하는 실험에서만 상기 좌굴모드 측정장치(10)를 이용해 정확한 좌굴시점과 좌굴하중을 측정할 수 있는 문제점이 있다.

즉, 경량형강과 같은 실험부재(11)는 단면적이 균일하더라도 크기가 작고, 두께가 얇기 때문에, 실험부재(11)의 어느 부분에서라도 국부좌굴이 발생할 수 있다. 이 때, 종래기술에 따른 좌굴모드 측정장치(10)는 경량형강을 실험하는 경우에 국부좌굴이 발생되는 경량형강의 위치를 정확하게 예측할 수 없기 때문에, 접촉식 센서를 이용하여 좌굴이 발생되는 정확한 시점과 좌굴하중을 측정할 수 없는 큰문제점이 있다.

그래서, 종래기술의 좌굴모드 측정장치는 경량형강을 실험하는 경우에 국부좌굴이 발생될 수 있는 여러 위치에 각각 접촉식 센서를 설치 실험하고자 했는데, 이런 다수개의 접촉식 센서를 이용하는 좌굴모드 측정장치는 다수개의 센서를 사용하는데 비해 정확한 좌굴하중을 측정할 수 없는 비효율적인 방식으로 인해 사용되지 않는 실정이다.

본 발명은 앞서 설명한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해서 제공된 것으로서, 비접촉식 센서가 실험부재의 길이방향을 따라 구동되도록 설치되고, 이런 비접촉식 센서가 실험부재에 발생할 수 있는 국부좌굴을 측정하는 비접촉식 좌굴모드 측정장치를 제공하는 데 그 목적이 있다.

도 1은 종래기술에 따른 부재의 좌굴모드를 접촉식 센서로 측정하는 장치를 개략적으로 나타낸 도면이고,

도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 부재의 좌굴모드를 상하로 구동되는 비접촉식 센서로 측정하는 장치를 개략적으로 나타낸 정면도이고,

도 3은 도 2에 도시된 좌굴모드 측정장치를 선 A-A의 상부에서 개략적으로 나타낸 평면도이다.

♠ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 ♠

11, 21 : 실험부재 10 : 좌굴모드 측정장치

12, 13 : 상하부 고정부 14, 24 : 가력부

15, 17, 18 : 제 1, 제 2, 제 3접촉식 센서

25 : 종형 레일 26 : 횡형 레일

27 : 비접촉식 센서 28 : 데이터 처리부

앞서 설명한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 좌굴모드 측정장치는 좌굴모드를 측정하고자 하는 실험부재의 일단이 고정된 고정부와, 상기 실험부재의 타단이 고정되며 상기 실험부재에 압축하중을 가력하는 가력부로 구성된 지그에 설치된다. 그리고, 본 발명은 상기 실험부재가 고정된 길이방향으로 상기 실험부재로부터 일정간격 이격되게 설치되는 종형 레일과, 상기 종형 레일에 맞물려 상기 종형 레일을 따라 이동할 수 있는 폐곡선형의 횡형 레일 및, 상기 횡형 레일의 내측쪽에 상기 횡형 레일을 따라 회전 가능하게 결합되어 상기 실험부재에 발생하는 국부좌굴을 측정하는 비접촉식 센서를 포함한다.

또한, 상기 종형 레일에는 상기 횡형 레일이 상기 실험부재의 길이 내에서 이동 가능하게 걸림부재가 설치되는 것이 바람직하다.

아래에서는 본 발명에 따른 비접촉식 좌굴모드 측정장치의 양호한 실시예를 첨부한 도면을 참조로 하여 상세히 설명하겠다.

도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 부재의 좌굴모드를 상하로 구동되는 비접촉식 센서로 측정하는 장치를 개략적으로 나타낸 정면도이고, 도 3은 도 2에 도시된 좌굴모드 측정장치를 선 A-A의 상부에서 개략적으로 나타낸 평면도이다.

도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 비접촉식 좌굴모드 측정장치(20)에는 비접촉식 센서(27)가 실험부재(21)의 상하를 이동하면서 회전하도록 종횡형 레일(25, 26)이 설치되고, 비접촉식 센서(27)는 종횡형 레일(25, 26)을 따라 상하로 이동하면서 실험부재(21)에 발생하는 국부좌굴을 측정한다.

비접촉식 좌굴모드 측정장치(20)는 실험부재(21)를 지지 고정하는 지그(22)에 설치되는데, 이런 지그(22)는 직사각형의 구조틀로서, 그 내측에 실험부재(21)인 다양한 형강들이 세워질 정도의 형상크기를 갖는다.

그리고, 하부 지그(22)에는 실험부재(21)의 하단이 끼워져 고정되는 고정부(23)가 결합되고, 상부 지그(22)에는 실험부재(21)에 하중을 가력하고, 실험부재(21)의 상단이 끼워지는 가력부(24)가 결합된다. 그리고, 고정부(23)와 가력부(24)의 사이에는 형강인 실험부재(21)가 길이방향으로 세워져 고정된다.

그리고, 상하부 지그(22) 사이에는 한 쌍의 종형 레일(25)이 실험부재(21)를 중심으로 일정간격 이격되게 설치 결합되거나, 필요에 따라 다수개의 종형레일(25)이 실험부재(21)에서 일정간격 이격된 외측 둘레를 따라 설치 결합될 수도 있다.

또한, 상기 한 쌍의 종형 레일(25)에는 폐곡선으로 원형상을 갖는 횡형 레일(26)이 맞물리고, 횡형 레일(26)은 지그(22)에 고정된 종형 레일(25)을 따라 상하로 이동하도록 결합 설치된다. 그리고, 비접촉식 좌굴모드 측정장치(20)에는 상기 횡형 레일(26)을 일정한 속도로 상하방향으로 구동시키는 구동장치(도시 안됨)가 설치된다. 또한, 종형 레일(25)에는 횡형 레일(26)이 실험부재(21)의 길이 내에서 상하로 이동되도록, 걸림부재(도시 안됨)가 상하부에 각각 결합되어 있다.

그리고, 횡형 레일(26)에는 비접촉식 센서(27)가 횡형 레일(26)을 따라 회전 가능하게 결합된다. 그리고, 비접촉식 센서(27)는 일정한 부피의 형상으로서 횡형 레일(26)를 회전하는 도중에 종형 레일(25)과 간섭될 수 있음으로, 횡형 레일(26)의 내측방향쪽에 결합된다. 이런 비접촉식 센서(27)로는 접촉하지 않으면서 미세한 변위도 측정할 수 있는 레이저 측정기를 사용하고, 이런 비접촉식 센서(27)에서 측정된 자료는 데이터 처리부(28)로 전송되어 처리된다.

데이터 처리부(28)는 레이저 측정기에서 측정된 실험부재(21)의 각 극좌표를 직교좌표로 변환하고, 이런 직교좌표에 대한 데이터를 그래픽 모듈로 연결한다. 따라서, 실험자는 실험부재(21)에 발생하는 형상변형을 3차원 데이터로 볼 수 있다.

아래에서는 상기와 같이 구성된 비접촉식 좌굴모드 측정장치(20)의 작동관계에 대해서 설명하겠다.

먼저, 고정부(23)와 가력부(24)의 사이에 좌굴모드를 측정하고자 하는 실험부재(21)를 세워 고정한다.

그리고, 비접촉식 좌굴모드 측정장치(20)는 실험부재(21)에 최대로 가력할 압축하중을 여러 단계로 설정하고, 가력부(24)를 통해 각 단계별로 압축하중을 가한다. 이 때, 각 단계는 최대 가력할 압축하중에 대한 각 단계 가력 압축하중의 비(%)로서, 각 단계별 압축하중의 비율은 실험자에 의해 결정될 수 있다.

그런 다음에는 최저 단계의 압축하중부터 점차적으로 각 단계의 압축하중을 높여가면서 실험부재(21)에 좌굴이 발생하는지를 확인한다. 이 때, 좌굴의 발생여부는 각 단계에서 실험부재(21)에 압축하중을 가한 상태에서 비접촉식 센서(27)를 종횡형 레일(25, 26)을 따라 회전 이동하면서 실험부재(21)의 전장에 걸친 변위를 측정한다. 즉, 실험부재(21)의 어느 위치에서 국부좌굴이 발생한 경우에는 실험부재(21)에 설정된 각 좌표의 변위에 변화가 생김으로 비접촉식 센서(27)인 레이저 측정기가 되돌아온 레이저신호를 분석하여 좌굴지점을 파악한다. 그리고, 비접촉식 센서(27)에서 측정된 실험부재(21)의 데이터는 데이터 처리부(28)로 전송되고, 비접촉식 좌굴모드 측정장치(20)는 실험부재(21)에 국부좌굴이 발생된 단계의 좌굴하중을 측정할 수 있다.

앞서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명의 비접촉식 좌굴모드 측정장치는 실험부재의 전장에 걸친 좌굴발생 여부를 확인할 수 있기 때문에, 국부좌굴이 발생할 수 있는 경량형강과 같은 실험부재에서도 정확한 좌굴하중과 좌굴지점을 측정할 수있는 장점이 있다.

이상에서 본 발명의 비접촉식 좌굴모드 측정장치에 대한 기술사상을 첨부도면과 함께 서술하였지만, 이는 본 발명의 가장 양호한 실시예를 예시적으로 설명한 것이지 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 또한, 이 기술분야의 통상의 지식을 가진 자이면 누구나 본 발명의 기술사상의 범주를 이탈하지 않는 범위 내에서 다양한 변형 및 모방이 가능함은 명백한 사실이다.

Claims (2)

1. 실험부재를 지그에 설치하고 좌굴모드를 측정하는 좌굴모드 측정장치에 있어서,

   상기 실험부재가 고정된 길이방향으로 상기 실험부재로부터 일정간격 이격되게 설치되는 종형 레일과, 상기 종형 레일에 맞물려 상기 종형 레일을 따라 이동할 수 있는 폐곡선형의 횡형 레일 및, 상기 횡형 레일의 내측쪽에 상기 횡형 레일을 따라 회전 가능하게 결합되어 상기 실험부재에 발생하는 국부좌굴을 측정하는 비접촉식 센서를 포함하는 것을 특징으로 하는 비접촉식 좌굴모드 측정장치.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 종형 레일에는 상기 횡형 레일이 상기 실험부재의 길이 내에서 이동 가능하게 걸림부재가 설치되는 것을 특징으로 하는 비접촉식 좌굴모드 측정장치.