KR20070066522A - Fatigue load level detecting gauge - Google Patents
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Abstract
Description
도 1은 본 발명에 따른 피로응력 레벨 게이지가 구조물 표면에 부착된 모습을 나타낸 도면이다.1 is a view showing a state in which the fatigue stress level gauge according to the invention attached to the surface of the structure.
도 2는 본 발명에 따른 피로응력 게이지의 레벨에 대응되는 피로응력의 범위를 나타낸 그래프이다.2 is a graph showing a range of fatigue stress corresponding to the level of the fatigue stress gauge according to the present invention.
도 3은 본 발명에 따른 피로응력 레벨 게이지를 나타낸 도면이다.3 is a view showing a fatigue stress level gauge according to the present invention.
도 4는 본 발명에 따른 피로응력 레벨 게이지의 노치 형상을 나타낸 도면이다.4 is a view showing the notch shape of the fatigue stress level gauge according to the present invention.
도 5와 도 6은 다양한 형태의 게이지 형상에 대한 피로하중 하에서의 게이지에 걸리는 응력 및 수명을 계산하기 위해서 유한요소해석을 수행한 결과이다.5 and 6 show the results of finite element analysis to calculate the stress and life span of a gauge under fatigue load for various types of gauge shapes.
< 도면의 주요부의 부호에 대한 설명 ><Description of Signs of Major Parts of Drawings>
L ... 게이지 길이L ... gauge length
B ... 게이지 폭B ... gauge width
L1, L3 ... 구조물에 접착되는 게이지의 접착부분L1, L3 ... the adhesive part of the gauge that is attached to the structure
L2 ... 구조물에 접착되지 않는 부분으로써 구조물의 피로응력 레벨을L2 ... the part that does not bond to the structure
측정하기 위한 응력레벨 지시의 길이Length of stress level indication to measure
b ... 레벨지시계 폭b ... level indicator width
c ... 레벨지시계간의 간격c ... interval between level indicators
e1, e2, e3 ... 노치의 깊이e1, e2, e3 ... depth of notch
b1, b2, b3 ... 레벨 지시계에서 노치부분을 제외한 리가먼트 길이b1, b2, b3 ... lig length without notch in level indicator
d ... 노치폭d ... notch width
q ... 노치 각도q ... notch angle
일본 공개특허공보 소 62-265558호, 일본 공개특허공보 평 9-304240호, 미국 공개특허공보 US 3,979,949Japanese Patent Laid-Open No. 62-265558, Japanese Patent Laid-Open No. 9-304240, US Patent Laid-Open No. US 3,979,949
본 발명은 기존의 균열형 피로 탐지 센서와 달리 구조물에 부가되는 피로하중의 레벨을 종래의 기술들과 같이 피로하중의 레벨을 균열길이와 같은 간접적인 데이터로 통해서 피로손상의 크기를 계산하여 측정하는 것이 아니라 직접 피로손상의 레벨을 게이지의 지시계를 통해서 측정할 수 있는 피로손상측정 방법에 관한 것으로서, 교량, 기계, 차량, 항공기 등과 같은 구조요소의 다양한 부재의 피로로 인한 손상 정도를 측정하는데 사용할 수 있는 피로응력 레벨용 게이지에 관한 것이다.The present invention, unlike the conventional crack-type fatigue detection sensor to measure the level of fatigue load added to the structure by calculating the magnitude of the fatigue damage through the indirect data such as crack length, the fatigue load level as in the conventional techniques Rather, it is a fatigue damage measurement method that can directly measure the level of fatigue damage through the indicator of the gauge, and can be used to measure the degree of damage caused by fatigue of various members of structural elements such as bridges, machines, vehicles, and aircraft. To gauges for fatigue stress levels.
전형적인 종래의 기술은 일본 공개특허공보 소 62-265558호에 개시되어 있다. 상기한 공개특허공보에는, 피로 손상을 야기하는 슬릿(slit)을 가진 파열편(fracture piece)이 플레이트 형상의 기판 표면에 부착되어 있는 균열형 피로 탐지 센서와, 슬릿을 가진 파열편의 (종방향으로의) 대향 단부가 접착제에 의하여 기판의 표면에 접합되어 있는 균열형 피로 탐지 센서의 조립방법과, 서로 다른 균열 전파 특성을 가진 2개의 균열형 피로 탐지 센서를 시험대상이 되는 부재에 부착하고 시험기간 동안에 각각의 균열 전파 길이를 측정하여, 시험대상 부재의 피로로 인하여 그 기간동안에 발생한 손상을 균열 전파 길이와 관련하여 측정하는, 균열형 피로 탐지 센서를 이용한 손상 측정 방법이 개시되어 있다. Typical prior art is disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 62-265558. The above-mentioned patent publication discloses a crack-type fatigue detection sensor in which a fracture piece having a slit causing fatigue damage is attached to a surface of a plate-shaped substrate, and a fracture piece having a slit (in the longitudinal direction). C) the method of assembly of the crack-type fatigue detection sensor, whose opposite end is bonded to the surface of the substrate by an adhesive, and the two crack-type fatigue detection sensors having different crack propagation characteristics are attached to the member to be tested. A damage measuring method using a crack type fatigue detection sensor is disclosed, wherein each crack propagation length is measured and the damage occurring during the period due to the fatigue of the member under test is measured in relation to the crack propagation length.
또 다른 종래기술이 일본 공개특허공보 평 9-304240호에 개시되어 있다. 상기한 공개특허공보에는, 피로 손상을 예측하고자 하는 구조요소의 재질과 동일한 재질로 만들어지고 종방향으로 중앙부에 슬릿을 가지고 있는 얇은 플레이트 형상의 파열편이, 슬릿이 있는 중앙부를 제외하고는 다른 부분에서 얇은 두 개의 합성수지 플레이트 사이에 끼워져 있는 구성을 가진 것이 개시되어 있다. 이러한 시험수단은 시험대상이 되는 부재의 재질과 동일한 재질로 만들어진다. 이러한 균열형 피로 탐지 센서는 종방향으로 중앙부에 원형 구멍을 가진 부재로 조립되며, 상기 원형 구멍으로부터 양단부를 향하여 횡방향으로 연장되어 있는 슬릿이 파열편의 두께와 동일한 두께를 가진 파열편으로 슬라이스되고, 그렇게 형성된 파열편이 두 개의 얇은 합성수지 플레이트 사이에 끼워져 파열편의 종방향으로의 대향 단부가 상기 얇은 플레이트에 부착되는 구조를 가지고 있다. 상기한 공개특허공보에는 균열형 피로 탐지 센서를 이용한 손상 측정방법도 개시되어 있는데, 상기 균열형 피로 탐지 센서는 응력이 집중되는 부분 즉, 용접단부로서 핫 스팟(hot spot)라고 불리는 곳으로부터 이격된 위치에 부착되며, 시험대상 부재의 수명은 선행하여 만들어진 시험대상 부재에 대한 S-N 다이아그램(Stress-Number of repeated load cycles diagram)(응력-반복하중 사이클 수 다이아그램)에 기초하여 평가된다.Another prior art is disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 9-304240. In the above-mentioned patent publication, a thin plate-shaped rupture piece made of the same material as that of the structural element to predict fatigue damage and having a slit in the center in the longitudinal direction, except in the central part in which the slit is located It is disclosed to have a configuration sandwiched between two thin resin plates. These test means are made of the same material as the material of the member under test. The crack-type fatigue detection sensor is assembled with a member having a circular hole in the center in the longitudinal direction, the slit extending laterally from the circular hole toward both ends is sliced into a tear piece having the same thickness as the tear piece, The rupture piece thus formed is sandwiched between two thin synthetic resin plates such that the opposite end portion in the longitudinal direction of the rupture piece is attached to the thin plate. The above-mentioned patent publication also discloses a damage measuring method using a crack type fatigue detection sensor, wherein the crack type fatigue detection sensor is spaced apart from a part where stress is concentrated, that is, a hot spot as a weld end. Attached to a location, the life of the member under test is evaluated based on the Stress-Number of repeated load cycles diagram (Stress-Number of repeated load cycles diagram) for the previously-created member.
또 다른 종래기술로는 미국 공개특허공보 US 3,979,949가 있다. 상기한 공개특허공보에는, 피로손상 지시기로써 반복적인 피로하중을 받는 구조물의 잔존피로수명을 예측하기 위해서 박막형태의 파열편을 구조물에 접착시킨다. 파열편 중앙에는 균열형태의 슬릿을 형성하여 구조물에 피로하중이 진전함에 따라 균열길이가 증가하고 이들 길이들을 측정하여 피로하중에 대한 보정곡선으로부터 피로손상도를 계산하는 방법의 피로손상 지시기이다.Another prior art is US 3,979,949. In the above-mentioned Unexamined Patent Publication, in order to predict the remaining fatigue life of a structure subjected to repeated fatigue load as a fatigue damage indicator, a rupture piece in the form of a thin film is bonded to the structure. It is the fatigue damage indicator of the method of calculating the fatigue damage from the correction curve for the fatigue load by forming the crack-shaped slit in the center of the rupture piece and increasing the crack length as the fatigue load progresses in the structure.
이상과 같이 이들 종래의 기술들의 경우 구조물에 부착된 센서는 구조물에 피로하중이 주기적으로 가해짐에 따라 슬릿으로부터 균열이 진전되며 균열진전 길이를 이용하여 구조물에 가해진 피로응력의 크기를 측정한다. 이때 구조물 피로하중을 계산하기 위해서 미리 실험을 통해서 확보한 센서의 피로하중선도를 통해서 피로손상을 계산하여 구조물의 피로하중을 예측하게 되므로 사전에 구조물에 걸리는 피로하중의 크기에 따른 구조물과 센서에 대한 피로하중-사이클 선도를 사전에 매번 실험적인 방법을 통해서 작성하여야 하는 단점이 있다. As described above, in the case of these conventional techniques, the sensor attached to the structure is cracked from the slit as the fatigue load is periodically applied to the structure and the magnitude of the fatigue stress applied to the structure is measured using the crack propagation length. In order to calculate the fatigue load of the structure, fatigue damage is calculated by calculating fatigue damage through the fatigue load diagram of the sensor obtained through the experiment in advance. Fatigue load-cycle diagram must be prepared in advance by each experimental method.
본 발명은 상기와 같은 방법이 아닌 새로운 기술을 도입하고자 하는 것으로 기존의 방법과 같이 사전에 피로하중레벨에 따른 구조물과 게이지 간의 피로하중-사이클 선도를 이용하여 피로손상의 정도를 간접적으로 계산할 필요가 없이 응력레벨에 맞는 게이지 지시계의 파단을 통해서 피로손상을 직접적으로 측정할 수 있는 방법으로써 장시간의 피로응력 하에서 구조물의 피로응력 레벨의 검출이 용이하고 정밀도가 뛰어난 게이지의 제작에 관한 것을 목적으로 한다.The present invention intends to introduce a new technology rather than the above method, and it is necessary to indirectly calculate the degree of fatigue damage by using the fatigue load-cycle diagram between the structure and the gauge according to the fatigue load level in advance as in the existing method. It is a method that can directly measure fatigue damage through breakage of gauge indicator suitable for stress level, and aims at making gauge with high precision and easy detection of fatigue stress level under long time fatigue stress.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 피로하중 레벨 측정용 게이지는 노치 형상이 도입된 다수의 게이지 지시계로 구성되고, 상기 각각의 지시계는 일정한 피로하중 레벨별로 일정 사이클 후에 파단되도록 구성되어 일정 사이클 동안 피로하중 레벨이 가해졌을 때 순차적으로 파단되는 것을 특징으로 한다.Fatigue load level measurement gauge according to the present invention for achieving the above object is composed of a plurality of gauge indicators in which the notch shape is introduced, each indicator is configured to break after a certain cycle for a certain fatigue load level constant When the fatigue load level is applied during the cycle is characterized in that it is broken sequentially.
그리고, 상기 노치형상은 2차원 또는 3차원 형태인 것을 특징으로 한다.The notch shape may be a two-dimensional or three-dimensional shape.
본 발명은 레벨이 다른 수 개의 게이지를 통해 측정 대상 구조물이 받는 피로응력에 따라 순차적으로 게이지가 파단되도록 하여 이를 통해 구조물이 받는 피로응력을 측정하는 것을 기본적인 기술적 사상으로 한다.According to the present invention, it is a basic technical idea to measure a fatigue stress received by a structure by breaking the gauge sequentially according to the fatigue stress received by the structure to be measured through several gauges having different levels.
이하 본 발명에 대해 도면을 참조하여 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명에 따른 피로응력 레벨 게이지가 구조물 표면에 부착된 모습을 나타낸 도면이다.1 is a view showing a state in which the fatigue stress level gauge according to the invention attached to the surface of the structure.
도 1을 보면 구조물 표면에 레벨 게이지가 단계별로 구성되어 있다. 단계는 모두 4단계로 위쪽에서부터 레벨 1, 레벨 2, 레벨 3, 레벨 4로 구성되어 있다. 레벨이 낮을수록 낮은 응력에 의해 파단된다. 1, the level gauge is configured step by step on the surface of the structure. All four levels are composed of
도 2는 본 발명에 따른 피로응력 게이지의 레벨에 대응되는 피로응력의 범위를 나타낸 그래프이다.2 is a graph showing a range of fatigue stress corresponding to the level of the fatigue stress gauge according to the present invention.
도 2를 보면 레벨 1은 낮은 피로응력에 의해 파단되고 레벨이 높아질수록 높은 피로응력이 있어야 파단된다는 것을 알 수 있다. 즉 레벨 4는 피로응력이 최대치가 되어야 파단된다.2, it can be seen that
도 3은 본 발명에 따른 피로응력 레벨 게이지를 나타낸 도면이다.3 is a view showing a fatigue stress level gauge according to the present invention.
도 3을 보면 피로응력 레벨 게이지에 지시계가 9개 구성되어 있다.3, nine indicators are comprised in a fatigue stress level gauge.
도 3에서 L은 게이지의 길이를 B는 게이지의 폭을 각각 나타낸다. 즉, 도 3에 나타난 게이지는 L×B 크기의 게이지이다. In Figure 3, L represents the length of the gauge, B represents the width of the gauge, respectively. That is, the gauge shown in FIG. 3 is a gauge of size L × B.
그리고 도 3의 게이지는 길이방향으로 세 부분으로 나누어지는데 도 3에는 이 부분들을 각각 L1, L2, L3로 표시되어 있다. 여기서 L1, L3 부분은 구조물에 접착되는 게이지의 접착부분이고, L2 부분은 구조물에 접착되지 않는 부분으로써 구조물의 피로응력 레벨을 측정하기 위한 응력레벨 지시계가 구성되는 부분이다.The gauge of FIG. 3 is divided into three sections in the longitudinal direction, and these sections are labeled L1, L2 and L3, respectively. Here, the L1 and L3 parts are the adhesive parts of the gauge bonded to the structure, and the L2 part is the non-bonded part to the structure, where the stress level indicator for measuring the fatigue stress level of the structure is configured.
도 3에는 전술한 바와 같이 9개의 지시계가 구성되어 있는데 이들 지시계의 폭은 b이고, 지시계 간의 간격은 c이다. As shown in FIG. 3, nine indicators are configured. The width of the indicators is b, and the interval between the indicators is c.
도 3의 지시계에서 노치(norch) 형상을 보다 상세히 나타내면 도 4와 같다.The notch shape in the indicator of FIG. 3 is shown in more detail as shown in FIG. 4.
도 4는 본 발명에 따른 피로응력 레벨 게이지의 노치 형상을 나타낸 도면이다.4 is a view showing the notch shape of the fatigue stress level gauge according to the present invention.
도 4에는 ①, ②, ③ 세 개의 종류의 노치가 도시되어 있다. ①의 e1, ②의 e2, ③의 e3는 노치의 깊이를 나타내고, ①의 b1, ②의 b2, ③의 b3는 레벨 지시계 에서 노치부분을 제외한 리가먼트(ligament)의 길이를 나타낸다. 그리고, d는 노치폭을, q는 노치 각도를 각각 나타낸다.4, three kinds of notches are shown. E1 of e, e2 of e and e3 of e represent the depth of the notch, and b1 of e, b2 of b and b3 of e represent the length of the ligament excluding the notch part of the level indicator. And d represents the notch width, and q represents the notch angle, respectively.
본 발명에 따른 피로응력 레벨 게이지가 상기와 같은 구조로 구성되고 게이지가 피로응력범위에 대해서 선형적인 응답성을 가지기 위해서는 해당 응력범위에 해당하는 게이지 부분이 일정 피로 하중하에서 파단되도록 구성되어야 한다.In order for the fatigue stress level gauge according to the present invention to be configured as described above and the gauge has a linear response to the fatigue stress range, the gauge portion corresponding to the stress range should be broken under a certain fatigue load.
도 1과 도 2에서와 같이 게이지는 일정 임계응력 값과 최대 피로하중 범위내에서 작동되며 이들 구간을 다단계로 등분하여 각 레벨별 응력범위에 해당하는 게이지의 피로지시기가 일정사이클을 받을 때 파단될 수 있도록 구성된다. As shown in Fig. 1 and Fig. 2, the gauge is operated within a certain critical stress value and a maximum fatigue load range. The gauge is divided into multiple stages so that the fatigue indication of the gauge corresponding to the stress range for each level is broken when receiving a constant cycle. It is configured to be.
게이지의 민감도는 게이지 지시계의 응력범위의 크기에 의해서 결정되며, 그림에서와 같이 이들 레벨들과 피로사이클 간에는 선형적인 관계를 갖도록 한다. 게이지 내에 피로응력 레벨별로 다수의 게이지 지시계를 구성하여 일정 피로하중 레벨 하에서 하중의 레벨에 따라 게이지 지시계가 순차적으로 파단되도록 구성되었다. The sensitivity of the gauge is determined by the magnitude of the stress range of the gauge indicator, allowing a linear relationship between these levels and the fatigue cycle as shown in the figure. A number of gauge indicators were constructed for each fatigue stress level in the gauge, so that the gauge indicators were broken sequentially according to the load level under a certain fatigue load level.
게이지를 측정하고자하는 구조물의 측정위치에 부착시킨 후에 일정시간 간격으로 게이지의 육안 관찰하여 파단 유무를 확인한다. After attaching the gauge to the measuring position of the structure to be measured, visually observe the gauge at regular intervals to check for breakage.
이러한 원리로 이러한 원리로 구조물의 측정부위에서의 구조물에 가해진 피로응력 레벨의 정도를 계측하게 된다.With this principle, this principle measures the degree of fatigue stress level applied to the structure at the measurement site of the structure.
이상으로 본 발명에 따른 피로하중 레벨 측정용 게이지에 대해 살펴보았다.In the above, the gauge for fatigue load level measurement according to the present invention was examined.
본 발명의 범위는 본 출원서에 설명된 부분에 한정되지 않고 명세서와 첨부 된 청구항들에서 설명되는 기술적 사상에 속하는 모든 변형된 형태와 수정된 형태를 포함한다.The scope of the present invention is not limited to the parts described in the present application, but includes all modified and modified forms that belong to the technical spirit described in the specification and the appended claims.
종래의 응력측정용 스트레인게이지의 경우 게이지에 측정선과 계측장비 등이 있어야 하며 측정시간이 장시간일 경우 측정이 어려운 단점이 있는 반면에 본 발명에 의하면 단순히 게이지를 부착하고 일정시간간격별로 육안관찰하여 구조물의 측정위치에 가해지는 피로하중의 크기를 손쉽게 측정할 수가 있어서 추가적인 계측장비가 필요로 하지 않으며 장시간 피로응력 측정이 가능하다는 이점이 있다.In the case of a conventional strain gauge for stress measurement, the gauge should have a measuring line and measuring equipment, etc., and when the measurement time is long, the measurement is difficult. It is possible to easily measure the magnitude of the fatigue load applied to the measuring position of, so that no additional measuring equipment is required and the fatigue stress can be measured for a long time.
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| E902 | Notification of reason for refusal | ||
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