KR20130043951A - 박판 인장 및 피로 시험용 지그 구조체 및 이를 이용한 박판 인장 및 피로 시험 방법 - Google Patents

박판 인장 및 피로 시험용 지그 구조체 및 이를 이용한 박판 인장 및 피로 시험 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 극저온 환경 하에서 금속 박판의 피로 시험시 박판의 슬립 현상이 발생하지 않으며 1축 방향으로의 인장력을 발생시켜 시험의 정확도를 향상시킬 수 있도록 한 극저온용 박판 인장 및 피로 시험용 지그 구조체 및 이를 이용한 박판 인장 및 피로 시험 방법에 관한 것으로, 본 발명에 따른 박판 인장 및 피로 시험용 지그 구조체는, 서로 나란하게 배치되며 그 사이에 시험 대상 박판의 일단이 개재되어 고정되는 한 쌍의 물림지그와; 액츄에이터에 연결되어 일축 방향으로 이동하며, 상기 물림지그가 삽입되는 공간부가 형성되어 있는 시험기지그와; 상기 시험기지그에 나선 결합되어, 내측 단부가 상기 공간부의 내측에서 임의의 거리만큼 이동하여 상기 공간부 내측에서의 물림지그의 자세를 조정하면서 고정시키는 복수개의 레벨링볼트를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

Description

박판 인장 및 피로 시험용 지그 구조체 및 이를 이용한 박판 인장 및 피로 시험 방법{Jig Structure for Tensile and Fatigue Tests of Thin Plates and Method for Tensile and Fatigue Test Using the Same}
본 발명은 박판의 피로 및 인장 시험을 위한 지그 구조체 및 이를 이용한 인장 및 피로 시험 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 극저온 환경 하에서 금속 박판의 피로 시험시 박판의 슬립 현상이 발생하지 않으며 1축 방향으로의 인장력을 발생시켜 시험의 정확도를 향상시킬 수 있도록 한 극저온용 박판 인장 및 피로 시험용 지그 구조체 및 이를 이용한 박판 인장 및 피로 시험 방법에 관한 것이다.
박판의 인장 및 피로시험시 가장 중요한 점은 박판의 슬립(Slip)이 발생하지 않도록 완전하게 고정시킬 수 있어야 한다는 점이다. 따라서 현재까지 대부분의 박판 실험 시 유압 물림 지그가 장착된 시험기를 사용하여 박판의 피로 및 인장 시험을 수행하고 있다.
그런데, 현존하는 유압 물림 지그는 그 폭이 100mm 내외로 제한되어 있어 시험편 폭이 그 이상일 경우 추가적으로 보조지그를 제작하여 사용해야 한다. 또한 유압 물림 지그가 적용된 시험기의 경우 대부분 상온시험용으로 제작되어 있으며, 저온시험을 위해 챔버(Chamber)를 설치하여 운용하기 어려운 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 종래의 문제를 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 유압 물림 지그를 사용하지 않고도 박판의 슬립 현상이 발생하지 않고, 1축 방향으로의 인장력을 제공하여 피로 및 인장 시험의 정확도를 높일 수 있으며, 저온 시험을 위한 챔버 내에 용이하게 설치하여 극저온 환경에서도 정확한 시험을 수행할 수 있는 박판 인장 및 피로 시험용 지그 구조체 및 이를 이용한 박판 인장 및 피로 시험 방법을 제공함에 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 한 형태에 따르면, 박판의 피로 및 인장 시험을 위한 지그 구조체에 있어서, 서로 나란하게 배치되며, 그 사이에 시험 대상 박판의 일단이 개재되어 고정되는 한 쌍의 물림지그와; 액츄에이터에 연결되어 일축 방향으로 이동하며, 상기 물림지그가 삽입되는 공간부가 형성되어 있는 시험기지그와; 상기 시험기지그에 나선 결합되어, 내측 단부가 상기 공간부의 내측에서 임의의 거리만큼 이동하여 상기 공간부 내측에서의 물림지그의 자세를 조정하면서 고정시키는 복수개의 레벨링볼트를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 박판 인장 및 피로 시험용 지그 구조체가 제공된다.
본 발명의 다른 한 형태에 따르면, 상술한 박판 인장 및 피로 시험용 지그 구조체를 이용한 박판 인장 및 피로 시험 방법으로서 한 쌍의 물림지그 사이에 시험 대상 박판을 고정시키는 단계; 상기 물림지그를 시험기지그에 삽입하여 고정시키는 단계; 액츄에이터를 작동하여 시험 대상 박판에 임의의 인장력을 발생시키는 단계; 시험 대상 박판의 비틀림 및 굽힘 하중을 측정하는 단계; 레벨링볼트를 조작하여 시험기지그에 대한 물림지그의 자세를 조정하여 시험 대상 박판에 비틀림 및 굽힙 하중이 작용하지 않도록 하는 단계; 액츄에이터를 작동하여 시험 대상 박판에 임의의 인장력을 가하고 시험 결과를 도출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 박판 인장 및 피로 시험 방법이 제공된다.
본 발명에 따르면, 유압 물림 지그를 사용하지 않고 박판을 물림지그에 단단히 고정하여 인장 시험시 슬립 현상을 억제할 수 있으며, 레벨링볼트의 조정에 의해 1축 방향으로의 인장력을 제공할 수 있으므로 정확한 피로 및 인장 시험을 수행할 수 있게 된다.
또한, 저온 환경 시험을 위한 챔버 내에도 지그 구조체를 용이하게 설치하여 운용할 수 있으므로 극저온 환경에서의 박판 피로 및 인장 시험을 정확하게 수행할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 박판 인장 및 피로 시험용 지그 구조체의 전체 구조를 나타낸 정면도이다.
도 2는 도 1의 박판 인장 및 피로 시험용 지그 구조체의 개략적인 분해 사시도이다.
도 3은 도 1의 박판 인장 및 피로 시험용 지그 구조체의 종단면도이다.
도 4는 본 발명의 박판 인장 및 피로 시험용 지그 구조체를 이용한 박판의 인장 및 피로 시험 방법을 설명하는 순서도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 박판 인장 및 피로 시험용 지그 구조체의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.
도 1 내지 도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 박판 인장 및 피로 시험용 지그 구조체를 나타낸 것이다. 도 1 내지 도 3을 참조하면 본 발명의 박판 인장 및 피로 시험용 지그 구조체(1)는 박판 인장 시험기의 상부 및 하부 각각에 서로 대칭되게 구성되며, 각각이 액츄에이터(40)와 연결되어 액츄에이터(40)에 의해 상방향 및 하방향으로 1축방향으로 이동하면서 시험 대상 박판(P)에 인장력을 가한다.
상기 박판 인장 시험기의 상,하부에 구성되는 지그 구조체(1)는 서로 동일한 구성으로 이루어지는데, 이 실시예에서 지그 구조체(1)는 2개 1조로 이루어진 물림지그(10)와, 상기 물림지그(10)가 삽입되어 고정되는 시험기지그(20) 및, 상기 시험기지그(20)에 나선 결합되어 시험기지그(20)에 대한 물림지그(10)의 자세를 조정하면서 물림지그(10)를 단단히 고정시켜주는 복수개의 레벨링볼트(30)를 포함한 구성으로 이루어진다.
상기 한 쌍의 물림지그(10)들은 도 2 및 도 3에 도시된 것과 같이 기다란 다각형 블록 형태로 이루어지는데, 예를 들어 상기 물림지그(10)의 폭방향 길이는 시험 대상 박판(P)의 길이와 동일하거나 그 보다 큰 100㎜ 이상으로 형성될 수 있다. 상기 물림지그(10)의 측면부에는 폭방향을 따라 복수개의 볼트체결공(12)이 일정 간격으로 형성되어 있다. 상기 한 쌍의 물림지그(10)는 상기 볼트체결공(12)을 통해 체결되는 볼트(15)에 의해 서로에 대해 단단히 고정되면서 시험 대상 박판(P)을 단단히 고정한다.
상기 한 쌍의 물림지그(10)의 서로 대향하는 면에는 미세한 요철패턴(11)이 형성되어, 물림지그(10)의 대향면 사이에 시험 대상 박판(P)이 고정되어 인장 시험이 수행될 때 박판(P)이 슬립(slip)되는 현상을 최대한 억제할 수 있도록 되어 있다.
상기 물림지그(10) 및 볼트(15)는 극저온 환경에서도 변형이 최소화될 수 있도록 열처리된 합금공구강(예를 들어 SKD-11)으로 만들어지는 것이 바람직하다.
상기 물림지그(10) 사이에 시험 대상 박판(P)이 고정될 때, 시험 대상 박판(P) 또한 상기 볼트(15)가 관통되면서 고정될 수 있도록 박판(P)의 끝단부에도 폭방향을 따라 복수개의 관통공(H)이 일정 간격으로 형성됨이 바람직하다.
상기 시험기지그(20)는 액츄에이터(40)와 연결되어 1축 방향(이 실시예에서 상하방향)으로 이동한다. 상기 시험기지그(20)는 중공의 직육면체 박스 형태로 이루어지며, 극저온에서도 사용가능하도록 재질을 스테인리스강을 이용하여 제작된다. 상기 시험기지그(20)에는 상기 물림지그(10)가 삽입되는 공간부(21)가 형성된다. 상기 공간부(21)는 상부 또는 하부가 개방되게 형성되어 이 개방된 상부 또는 하부를 통해서 상기 물림지그(10)의 상부 또는 하부의 돌출된 부분(10a)이 위치된다. 또한, 상기 공간부(21)는 일측 단부 또는 양측 단부가 외부로 개방된 구조로 이루어져, 이 개방된 단부를 통해서 물림지그(10)가 슬라이딩되면서 삽입될 수 있도록 되어 있다. 상기 공간부(21)는 물림지그(10)보다 약간 큰 크기를 갖도록 되어, 공간부(21) 내측에 물림지그(10)가 삽입되었을 때 물림지그(10)와 공간부(21) 내측면 간에는 유격이 발생한다.
상기 레벨링볼트(30)는 시험기지그(20)의 상부와 하부 각각에 복수개(이 실시예에서 상,하부 각각에 4개씩)가 설치되되, 시험기지그(20)의 좌우측에 배치되어 상기 공간부(21) 내측에서의 물림지그(10)의 자세를 조정하면서 고정시키는 작용을 한다. 상기 레벨링볼트(30)들은 시험기지그(20)의 상,하부면을 관통하여 내측 단부가 상기 공간부(21) 내측에 위치한다. 따라서, 레벨링볼트(30)들을 회전시키면 레벨링볼트(30)들이 상하 방향으로 이동하면서 그 내측 단부가 물림지그(10)의 상부면 또는 하부면에 접촉하여 물림지그(10)를 고정시키게 된다.
이 실시예에서 상기 레벨링볼트(30)는 시험기지그(20)의 상부면 및 하부면에 서로 대칭되게 배치되었지만, 이와 다르게 상부면과 하부면 각각에 서로 엇갈리게 배치되거나 비대칭형으로 배치될 수도 있다.
이하 도 1 내지 도 3에 도시된 지그 구조체의 도면과 도 4의 순서도를 참조하여 본 발명의 시험기지그(20)를 이용하여 박판(P)의 피로 및 인장 시험을 수행하는 과정에 대해 상세히 설명한다.
한 쌍의 물림지그(10) 사이에 시험 대상 박판(P)의 일단부를 삽입한 후, 물림지그(10)의 볼트체결공(12)과 박판(P)의 관통공(H)의 위치를 맞추고 볼트(15)를 체결하여 한 쌍의 물림지그(10) 사이에 시험 대상 박판(P)의 일단부를 단단히 고정시킨다(단계 S1). 이 때, 물림지그(10)의 요철패턴(11)에 의해 박판(P)이 단단히 고정되므로 인장 시험시 박판(P)이 물림지그(10)에서 슬립되는 현상이 발생하지 않게 된다.
전술한 것처럼 한 쌍의 물림지그(10) 사이에 박판(P)을 고정한 상태에서 시험기지그(20)의 개방된 일단부와 물림지그(10)의 일단부를 맞추어 물림지그(10)를 슬라이딩시켜 시험기지그(20)의 공간부(21) 내측에 삽입한다. 이어서 레벨링볼트(30)들을 조여서 시험기지그(20)에 대해 물림지그(10)를 가조립한다(단계 S2).
이와 같이 박판 인장 시험기의 상,하측에 지그 구조체(1)를 가조립한 상태에서 액츄에이터(40)를 작동시켜 지그 구조체(1)에 약한 인장력을 가한다(단계 S3). 이 때, 스트레인게이지(미도시)를 이용하여 시험 대상 박판(P)에 비틀림 및 굽힘 하중이 가해지는지를 측정한다(단계 S4). 만약, 시험 대상 박판(P)에 비틀림 및 굽힘 하중이 발생한 상태에서 계속 인장력을 가하여 시험을 하게 되면 비틀림 및 굽힘 하중에 의해 정확한 피로 및 인장 시험이 이루어지지 않게 되어 시험의 신뢰도가 저하된다.
따라서, 상기 스트레인게이지에 의해 측정된 시험 대상 박판(P)의 비틀림 및 굽힘 하중이 설정치를 넘어가게 되면, 상기 레벨링볼트(30)들을 조작하여 시험기지그(20)의 공간부(21) 내에서의 물림지그(10)의 자세를 교정하여 박판(P)에 비틀림 및 굽힘 하중이 작용하지 않도록 조정한다(단계 S5).
이와 같이 시험 대상 박판(P)에 비틀림 및 굽힘 하중이 발생하지 않도록 한 상태에서 액츄에이터(40)가 작동하여 인장력을 가하게 되면, 시험 대상 박판(P)에 일축 방향으로만 인장력이 작용하여 정확한 피로 및 인장 시험을 수행할 수 있게 된다(단계 S6).
또한, 상술한 물림지그(10)의 자세 조정 후 강한 인장력을 가하여 시험할 때, 시험 대상 박판(P)이 물림지그(10)에 대해 슬립되는 현상이 발생하지 않게 되므로 정확한 피로 및 인장 시험을 수행할 수 있다.
이와 더불어 본 발명의 지그 구조체는 유압을 사용하지 않으며, 물림지그(10)와 시험기지그(20)가 극저온에도 변형되지 않는 SKD-11 등의 합금공구강 또는 스테인레스강으로 이루어지므로, 극저온 환경에서도 운용 가능하며, 정확한 시험 결과를 도출할 수 있다.
이상에서는 본 발명에 대한 기술사상을 첨부 도면과 함께 서술하였지만 이는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시적으로 설명한 것이지 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 또한 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 이라면 누구나 본 발명의 기술적 사상의 범주를 이탈하지 않는 범위 내에서 다양한 변형 및 모방이 가능함은 명백한 사실이다.
P : 박판 H : 관통공
1 : 지그 구조체 10 : 물림지그
11 : 요철패턴 12 : 볼트체결공
15 : 볼트 20 : 시험기지그
21 : 공간부 30 : 레벨링볼트
40 : 액츄에이터

Claims (8)

  1. 박판의 피로 및 인장 시험을 위한 지그 구조체에 있어서,
    서로 나란하게 배치되며, 그 사이에 시험 대상 박판(P)의 일단이 개재되어 고정되는 한 쌍의 물림지그(10)와;
    액츄에이터(40)에 연결되어 일축 방향으로 이동하며, 상기 물림지그(10)가 삽입되는 공간부(21)가 형성되어 있는 시험기지그(20)와;
    상기 시험기지그(20)에 나선 결합되어, 내측 단부가 상기 공간부(21)의 내측에서 임의의 거리만큼 이동하여 상기 공간부(21) 내측에서의 물림지그(10)의 자세를 조정하면서 고정시키는 복수개의 레벨링볼트(30)를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 박판 인장 및 피로 시험용 지그 구조체.
  2. 제1항에 있어서, 상기 레벨링볼트(30)는 상기 시험기지그(20)의 양면에 대향되게 설치된 것을 특징으로 하는 박판 인장 및 피로 시험용 지그 구조체.
  3. 제1항에 있어서, 상기 한 쌍의 물림지그(10)들의 서로 대향하는 면에는 미세한 요철패턴(11)이 형성된 것을 특징으로 하는 박판 인장 및 피로 시험용 지그 구조체.
  4. 제1항에 있어서, 상기 물림지그(10)에는 폭방향을 따라 일정 간격으로 복수개의 볼트체결공(12)이 형성되어, 물림지그(10)가 볼트체결공(12)에 체결되는 볼트(15)에 의해 서로 고정되면서 시험 대상 박판(P)을 고정하는 것을 특징으로 하는 박판 인장 및 피로 시험용 지그 구조체.
  5. 제4항에 있어서, 상기 시험 대상 박판의 끝단부에 상기 볼트(15)가 삽입되는 관통공(H)이 폭방향을 따라 일정 간격으로 형성된 것을 특징으로 하는 박판 인장 및 피로 시험용 지그 구조체.
  6. 제1항에 있어서, 상기 시험기지그(20)의 공간부(21)는 양측 단부 또는 일측 단부가 외부로 개방되게 형성되어, 상기 개방된 단부를 통해서 물림지그(10)가 삽입되는 것을 특징으로 하는 박판 인장 및 피로 시험용 지그 구조체.
  7. 한 쌍의 물림지그(10) 사이에 시험 대상 박판(P)을 고정시키는 단계(S1);
    상기 물림지그(10)를 시험기지그(20)에 삽입하여 고정시키는 단계(S2);
    액츄에이터(40)를 작동하여 시험 대상 박판(P)에 임의의 인장력을 발생시키는 단계(S3);
    시험 대상 박판(P)의 비틀림 및 굽힘 하중을 측정하는 단계(S4);
    레벨링볼트(30)를 조작하여 시험기지그(20)에 대한 물림지그(10)의 자세를 조정하여 시험 대상 박판(P)에 비틀림 및 굽힙 하중이 작용하지 않도록 하는 단계(S5);
    액츄에이터(40)를 작동하여 시험 대상 박판(P)에 임의의 인장력을 가하고 시험 결과를 도출하는 단계(S6)를 포함하는 것을 특징으로 하는 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항을 이용한 박판 인장 및 피로 시험 방법.
  8. 제7항에 있어서, 상기 단계 S4에서는 스트레인게이지를 이용하여 시험 대상 박판(P)의 비틀림 및 굽힘 하중을 측정하는 것을 특징으로 하는 박판 인장 및 피로 시험 방법.
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