KR20050107692A - 하중 떨림 현상이 감소되도록 제작된 인장 재료 시험기의시편 고정장치 - Google Patents

하중 떨림 현상이 감소되도록 제작된 인장 재료 시험기의시편 고정장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 고변형률 속도의 동적 인장시험에서 발생되는 하중 떨림 현상(load ringing phenomenon)을 감소시켜 실험의 정확성이 향상되도록 그 형상이 개선된 인장 재료 시험기의 시편 고정장치(200)에 관한 것으로서, 인장시험 대상인 재료의 시편(240)이 고정되고, 인장시험 과정 중에 발생되는 하중신호를 측정하도록 로드셀(231)이 설치된다. 그리고, 본 발명은 인장 재료 시험기의 본체에 고정되며 시편(240)을 지지하도록 제작되는 시편 지지구(210) 및, 시편 지지구(210)와 결합되어 그 사이에 끼워지는 시편(240)을 고정하는 고정판(220)이 포함된다. 이 때, 시편 지지구(210)는 일정 두께를 갖는 지지구 몸체(211)의 일측면에 그립부(212)가 돌출되게 형성되고, 그립부(212)의 상부에 시편(240)과 고정판(220)이 순차적으로 놓여진 상태에서 시편(240)이 고정되는 것을 특징으로 한다. 따라서, 본 발명의 시편 고정장치(200)는 상기와 같이 시편(240)을 고정하기 위한 지그 부위가 종래기술에 비해 질량이 감소되면서도 구조적으로 안정되게 제작됨으로써, 종래기술에 비해 고유 진동수가 현저하게 증가하면서 진폭도 감소된다. 이로 인해, 본 발명의 시편 고정장치(200)가 사용되는 고속 인장시험은 하중 떨림 현상이 종래기술에 비해 현저하게 감소되어, 보다 정확한 하중신호가 로드셀에서 파악되는 장점이 있다.

Description

하중 떨림 현상이 감소되도록 제작된 인장 재료 시험기의 시편 고정장치{Jig for Fixing Specimens of Material Testing Machine for Reduction of Load Ringing Property}
본 발명은 인장 재료 시험기에서 박판형 시편을 고정하는 시편 고정장치에 관한 것이며, 특히, 고변형률 속도의 동적 인장시험에서 발생되는 하중 떨림 현상(load ringing phenomenon)을 감소시켜 실험의 정확성이 향상되도록 그 형상이 개선된 시편 고정장치에 관한 것이다.
재료의 인장시험은 하중에 따른 재료의 변형률을 측정하는 실험으로서, 그 실험 조건에 따라 정적 인장시험과 고속 인장시험으로 구분된다. 이런 실험을 통해 측정되는 재료의 강도는 변형속도에 따라 달라지는데, 일반적으로 재료는 변형속도가 증가할수록 그 강도도 증가된다. 이 때, 재료의 변형속도는 시간에 따른 재료 시편의 변형률 변화량을 나타내는 변형률 속도(strain rate)로 표시된다. 즉, 정적 인장시험은 재료의 변형률 속도가 수/s 이하로서 정적 시험기 또는 피로 시험기 등에서 실험이 이루어지고, 고속 인장시험은 재료의 변형률 속도가 수 ~ 수백/s로서 특수하게 제작된 유압 시험기에서 실험이 진행된다.
하지만 고속 인장시험에서는 상기와 같이 재료의 시편에 순간적인 변형이 발생되도록 하중이 전달되기 때문에, 시편을 지지하는 인장 시험기의 지그는 인장력이 전달되는 과정 중에 진동하게 된다(이를 하중 떨림 현상이라 함). 이로 인해, 고속 인장시험은 시편에 가해지는 하중과 지그의 진동 신호가 합산된 하중신호가 로드셀에 의해 측정되어, 실험하고자 하는 시편에 대한 하중-변형률 선도가 정확하게 파악되지 못하고, 오차가 발생되는 문제점이 있었다. 그래서, 고속 인장 실험에서는 시편에 대한 보다 정확한 실험 결과치를 얻기 위해서 실험과정에서 발생되는 하중 떨림 현상을 감소시킬 필요성이 있다. 아래에서는 종래기술에 따른 인장 재료 시험기의 시편 고정장치에 대해 도 1 및 도 2를 참조해서 살펴보겠다.
도 1은 종래기술에 따른 시편이 고정되는 인장 재료 시험기의 시편 고정장치를 나타낸 정면도이고, 도 2는 도 1에 도시된 인장 재료 시험기에서 선A-A를 따라 나타낸 시편 고정장치의 단면도이다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 종래기술에 따른 인장 재료 시험기의 시편 고정장치(100)는 일정한 두께를 갖는 제1 시편 지지구(110)가 결합축(160)에 의해 인장 재료 시험기의 본체가 고정되고, 제1 시편 지지구(110)의 일면에는 시편(140)을 고정하도록 제작된 그립부(130)가 고정된다. 이런 시편 고정장치(100)의 그립부(130)는 한 쌍의 부재로 구성되어, 고정하고자 하는 시편(140)이 그 사이에 끼워지도록 일정 거리만큼 상호 이격되고, 그 외측부가 각각 경사지게 형성된다. 그리고, 제2 시편 지지구(120)는 그립부(130)의 경사면을 따라 끼워지고, 체결볼트(150)에 의해 제1 시편 지지구(110)에 결합된다. 그러면, 시편 고정장치(100)는 체결볼트(150)가 체결됨에 따라 한 쌍의 그립부(130)가 상호 조여짐으로써, 인장 실험대상인 시편(140)이 고정된다. 이로 인해, 종래기술의 시편 고정장치(100)는 시편(140)에 가해지는 인장력에도 시편(140)이 분리되지 않는다.
하지만, 인장시험 중 발생되는 하중 떨림 현상은 상기 설명한 바와 같이 시편을 고정하는 시편 고정장치(100)의 형상에 따라 그 발생정도가 달라진다. 즉, 도 1에 도시된 종래기술의 시편 고정장치(100)는 시편(140)을 고정하기 위한 제1, 제2 시편 지지구(110, 120)와 그립부(130)의 형상이 복잡할 뿐만 아니라 그 질량도 크기 때문에, 고속 인장시험에서 수천 Hz 이하의 낮은 고유 진동수를 나타낸다. 이렇게 시편 고정장치(100)의 고유 진동수가 낮은 경우에는 도 3에 도시된 바와 같이 인장력이 가해지는 일정 시간 동안 발생되는 파형이 적기 때문에, 로드셀에서 하중신호를 정확하게 파악하기 어려운 문제점이 있다.
이를 종합해 볼 때, 시편 고정장치는 하중 떨림 현상이 억제되도록, 그 고유 진동수가 증가될 수 있는 형상으로 제작되는 것이 바람직하다.
본 발명은 앞서 설명한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 제공된 것으로서, 질량이 감소하고 강성이 증가되어 그 고유 진동수가 증가되도록, 시편을 고정하는 지그 부위가 간소화되고, 로드셀에 균일한 하중신호가 전달되면서 구조적으로 안정된 강성이 확보되도록 그 형상이 최적상태로 개선된 인장 재료 시험기의 시편 고정장치를 제공하는 데 그 목적이 있다.
앞서 설명한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 시편 고정장치는 인장 재료 시험기에서 인장시험 대상인 재료의 시편이 고정되고, 인장시험 과정 중에 발생되는 하중신호를 측정하도록 로드셀이 설치된다. 그리고, 본 발명은 상기 인장 재료 시험기의 본체에 고정되며 상기 시편을 지지하도록 제작되는 시편 지지구 및, 상기 시편 지지구와 결합되어 그 사이에 끼워지는 상기 시편을 고정하는 고정판을 포함한다. 이 때, 상기 시편 지지구는 일정 두께를 갖는 지지구 몸체의 일측면에 그립부가 돌출되게 형성되고, 상기 그립부의 상부에 상기 시편과 상기 고정판이 순차적으로 놓여진 상태에서 상기 시편이 고정되며, 상기 그립부는 상기 시편 지지구의 축중심으로부터 벗어난 위치에 형성되는 것을 특징으로 한다.
아래에서는 본 발명에 따른 하중 떨림 현상이 감소되도록 제작된 인장 재료 시험기의 시편 고정장치에 대한 양호한 실시예를 첨부한 도면을 참조하면서 상세히 설명하겠다.
도 4는 본 발명의 한 실시예에 따른 시편이 고정되는 인장 재료 시험기의 시편 고정장치를 나타낸 개략도이고, 도 5는 도 4에 도시된 시편 고정장치에서 시편을 고정하는 구성요소들을 각각 분해하여 나타낸 도면이다.
도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 시편 고정장치(200)는 시편 지지구(210)가 체결축(213)에 의해 인장 재료 시험기의 고정블럭(250)에 결합되고, 시편 지지구(210)에 인장시험 대상인 시편(240)이 고정되어, 인장시험 중에 발생되는 하중신호가 로드셀(231)에 의해 측정되도록 로드셀(231)이 시편 지지구(210)에 부착된다. 이 때, 본 발명의 시편 고정장치(200)는 하중 떨림 현상이 억제되도록 시편 지지구(210)의 질량이 종래에 비해 감소되면서도 구조적으로 안정되게 시편 지지구(210)의 형상이 개선된다. 즉, 본 발명의 시편 고정장치(200)는 L형상을 갖는 시편 지지구(210)의 그립부(212)에 시편(240)이 놓여지고, 시편(240)이 놓여진 상부에 고정판(220)이 시편고정용 볼트(221)에 의해 결합됨으로써, 시편(240)이 시편 지지구(210)에 고정되며, 유한요소 해석결과와 최적 설계에 따라 시편 지지구(210)의 각 부위가 질량 감소를 위해 모따기 처리된다. 아래에서는 상기 시편 고정장치(200)의 각 구성요소들을 보다 자세하게 살펴보겠다.
도 7은 도 4에 도시된 시편 고정장치에서 시편을 지지하도록 형성된 시편 지지구를 나타낸 도면이고, 도 8은 도 4에 도시된 시편 고정장치에서 시편을 고정하기 위해 시편 지지구에 맞대어져 결합되는 고정판을 나타낸 도면이다.
도 4 내지 도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명의 시편 지지구(210)는 원형 단면 형상을 갖는 지지구 몸체(211)의 일면 축중심에 체결축(213)이 고정되고, 이런 체결축(213)이 고정블럭(250)의 구멍에 삽입된 상태에서 체결너트(260)에 맞물림으로써, 고정블럭(250)에 결합된다.
그리고, 시편 지지구(210)의 지지구 몸체(211)는 체결축(213)이 위치한 면의 반대측 면에 그립부(212)가 L형과 같이 돌출된 형상으로 제작된다. 이 때, 시편 지지구(210)의 그립부(212)는 축중심으로부터 약간 벗어난 위치에 형성되어, 그 상부에 시편(240)이 놓여지는 경우에 시편(240)과 시편 지지구(210)의 축중심이 동일선상에 위치하게 된다. 또한, 시편 지지구(210)의 그립부(212)에는 그 내부를 관통하는 한 쌍의 제1 시편고정용 구멍(217)이 형성되며, 이런 제1 시편고정용 구멍(217)의 내면에는 시편고정용 볼트(221)와 맞물리도록 널링(Knurling) 작업에 의해 나사산이 형성된다.
또한, 시편 지지구(210)는 구조적으로 안정되면서도 질량이 감소되도록 여러 실험과 유한요소 해석결과를 통해 여러 부위가 모따기 처리되거나, 지지구 몸체(211)와 그립부(212)가 접하는 부위가 곡면처리된다. 즉, 시편 지지구(210)에는 지지구 몸체(211)의 상부측에서 그립부(212)의 방향으로 모따기 처리된 제1 모따기부(214)와, 지지구 몸체(211)의 양 측부에서 내측방향으로 절취된 제2 모따기부(215)와, 그립부(212)의 끝단이 모따기 처리된 제3 모따기부(216)가 각각 형성된다.
그리고, 도 8에 도시된 바와 같은 본 발명의 고정판(220)은 그립부(212)와 대향하는 면적이 동일한 사각판 형상으로서, 시편(240)이 그립부(212)의 상부에 놓여진 상태에서 시편고정용 볼트(221)에 의해 그립부(212)에 결합된다. 이를 위해, 본 발명은 고정판(220)의 내측에 한 쌍의 제2 시편고정용 구멍(222)이 형성되고, 이런 제2 시편고정용 구멍(222)의 내면에도 널링 작업에 의해 나사산이 형성된다.
도 9는 도 4에 도시된 인장 재료 시험기의 본체에 시편 고정장치가 결합되기 위해 설치되는 고정블럭의 도면이다.
도 4 및 도 9에 도시된 바와 같이, 본 발명의 고정블럭(250)은 원통형 블럭으로서, 그 축중심에 시편 지지구(210)의 체결축(213)이 삽입되기 위한 구멍이 관통되게 형성되며, 이런 체결축 삽입용 구멍을 중심으로 그 원주 둘레에 2개 이상의 체결볼트용 구멍(251)이 형성된다.
그러면, 본 발명의 시편 고정장치(200)는 시편 지지구(210)의 체결축(213)에 로드셀 몸체(230)가 끼워져 결합되고, 시편 지지구(210)의 체결축(213)이 고정블럭(250)의 구멍에 삽입된 상태에서 체결너트(260)에 의해 고정되고, 고정블럭(250)은 시편 지지구(210)가 결합된 상태에서 다수 개의 체결볼트에 의해 인장 재료 시험기의 본체에 고정된다.
그리고, 인장 재료 시험기에 설치된 상태의 시편 고정장치(200)는 다음과 같이 인장시험 대상인 시편(240)이 결합되고, 정적 또는 정적 인장 시험이 실행된다. 즉, 본 발명의 시편 고정장치(200)는 그립부(212)의 상부에 시편(240)과 고정판(220)이 적층되고, 시편고정용 볼트(221)가 그립부(212)와 고정판(220)에 맞물려서, 너트가 사용되지 않고도 시편(240)이 고정된다.
이와 같이 본 발명의 시편 고정장치(200)는 종래기술에 비해 질량이 감소되면서도 구조적으로 안정된 형상으로 제작되어, 한 실험결과로서 고유 진동수가 종래기술의 2500Hz에 비해 다섯 배 이상 높은 13000Hz로 측정되었으며, 고속 인장시험에서 도 10에 도시된 바와 같이 진폭이 도 3에 도시된 종래기술의 진폭에 비해 크게 감소되었다.
즉, 종래기술의 시편 고정장치(100)는 SPRC35R(두께 0.7t)의 시편을 100/s 정도의 변형률 속도로 고속 인장시험한 경우에 도 3에 도시된 바와 같이 인장력이 가해지는 동안 불과 몇 개의 파형만이 측정되었고, 하중신호에 대한 진폭도 컸다. 반면, 본 발명의 시편 고정장치(200)는 상기와 동일한 시편과 동일한 변형률 속도로 고속 인장시험한 경우에 도 10에 도시된 바와 같이 하중신호에 대한 진폭이 도 3의 종래기술에 비해 현저히 감소되었다.
앞서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명의 시편 고정장치는 시편을 고정하기 위한 지그 부위가 종래기술에 비해 질량이 감소하고 강성이 증가되면서도 구조적으로 안정되게 제작됨으로써, 종래기술에 비해 고유 진동수가 현저하게 증가하면서 진폭도 감소된다. 이로 인해, 본 발명의 시편 고정장치가 사용되는 고속 인장시험은 하중 떨림 현상이 종래기술에 비해 현저하게 감소되어, 보다 정확한 하중 신호가 로드셀에서 파악되는 장점이 있다.
이상에서 본 발명의 하중 떨림 현상이 감소되도록 제작된 인장 재료 시험기의 시편 고정장치에 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.
도 1은 종래기술에 따른 시편이 고정되는 인장 재료 시험기의 시편 고정장치를 나타낸 정면도이고,
도 2는 도 1에 도시된 인장 재료 시험기에서 선A-A를 따라 나타낸 시편 고정장치의 단면도이고,
도 3은 도 1에 도시된 시편 고정장치의 시편에 인장력이 가해지는 동안 발생되는 하중신호를 나타낸 그래프이고,
도 4는 본 발명의 한 실시예에 따른 시편이 고정되는 인장 재료 시험기의 시편 고정장치를 나타낸 개략도이고,
도 5는 도 4에 도시된 시편 고정장치에서 시편을 고정하는 구성요소들을 각각 분해하여 나타낸 도면이고,
도 6은 도 4에 도시된 인장 재료 시험기에 사용되는 시편의 평면도이고,
도 7은 도 4에 도시된 시편 고정장치에서 시편을 지지하도록 형성된 시편 지지구를 나타낸 도면이고,
도 8은 도 4에 도시된 시편 고정장치에서 시편을 고정하기 위해 시편 지지구에 맞대어져 결합되는 고정판을 나타낸 도면이고,
도 9는 도 4에 도시된 인장 재료 시험기의 본체에 시편 고정장치가 결합되기 위해 설치되는 고정블럭의 도면이고,
도 10은 도 4에 도시된 본 발명의 시편 고정장치의 시편에 인장력이 가해지는 동안 발생되는 하중신호를 나타낸 그래프이다.
♠ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 ♠
100, 200 : 시편 고정장치 110, 120, 210 : 시편 지지구
130, 212 : 그립부 214, 215, 216 : 모따기부
140, 240 : 시편 231 : 로드셀
250 : 고정블럭

Claims (7)

  1. 인장 재료 시험기에서 인장시험 대상인 재료의 시편이 고정되고, 인장시험 과정 중에 발생되는 하중신호를 측정하도록 로드셀이 설치되는 시편 고정장치에 있어서,
    상기 인장 재료 시험기의 본체에 고정되며 상기 시편을 지지하도록 제작되는 시편 지지구 및, 상기 시편 지지구와 결합되어 그 사이에 끼워지는 상기 시편을 고정하는 고정판을 포함하며;
    상기 시편 지지구는 일정 두께를 갖는 지지구 몸체의 일측면에 그립부가 돌출되게 형성되고, 상기 그립부의 상부에 상기 시편과 상기 고정판이 순차적으로 놓여진 상태에서 상기 시편이 고정되는 것을 특징으로 하는 하중 떨림 현상이 감소되도록 제작된 인장 재료 시험기의 시편 고정장치.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 그립부는 상기 시편 지지구의 축중심으로부터 벗어난 위치에 형성되는 것을 특징으로 하는 하중 떨림 현상이 감소되도록 제작된 인장 재료 시험기의 시편 고정장치.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 그립부, 상기 시편 및 상기 고정판에는 그 내부를 관통하는 시편고정용 구멍이 각각 형성되고, 상기 시편고정용 구멍에는 시편고정용 볼트가 삽입 체결되는 것을 특징으로 하는 하중 떨림 현상이 감소되도록 제작된 인장 재료 시험기의 시편 고정장치.
  4. 제 3항에 있어서, 상기 그립부와 상기 고정판의 각 시편고정용 구멍은 그 내면이 나사산 가공되어, 상기 시편고정용 볼트가 너트와 체결되지 않고도 상기 시편고정용 구멍에 결합되는 것을 특징으로 하는 하중 떨림 현상이 감소되도록 제작된 인장 재료 시험기의 시편 고정장치.
  5. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 그립부와 상기 고정판은 상호 대향하는 면적이 동일한 사각형상인 것을 특징으로 하는 하중 떨림 현상이 감소되도록 제작된 인장 재료 시험기의 시편 고정장치.
  6. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 지지구 몸체와 상기 그립부가 접하는 부위는 곡면처리되는 것을 특징으로 하는 하중 떨림 현상이 감소되도록 제작된 인장 재료 시험기의 시편 고정장치.
  7. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 시편 지지구는 상기 지지구 몸체의 상부측이 상기 그립부의 방향으로 모따기 처리되고, 상기 지지구 몸체의 양 측부가 내측방향으로 절취되고, 상기 그립부의 끝단이 모따기 처리되는 것을 특징으로 하는 하중 떨림 현상이 감소되도록 제작된 인장 재료 시험기의 시편 고정장치.
KR1020040032716A 2004-05-10 2004-05-10 하중 떨림 현상이 감소되도록 제작된 인장 재료 시험기의시편 고정장치 KR100617975B1 (ko)

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