KR20150038606A

KR20150038606A - 고온 환경을 위한 테스트 시편 홀더

Info

Publication number: KR20150038606A
Application number: KR1020157005825A
Authority: KR
Inventors: 스티븐 알. 렘머; 케빈 피. 맥퀼란
Original assignee: 엠티에스 시스템즈 코포레이숀
Priority date: 2012-08-08
Filing date: 2013-08-06
Publication date: 2015-04-08
Also published as: CA2881404C; WO2014025719A3; US20140123773A1; AU2017265118A1; AU2013299872B2; AU2017265118B2; EP2883032A2; WO2014025719A2; JP6251266B2; CN108572108B; CA3152078C; JP6576993B2; CA3152078A1; CN104704341A; US9696218B2; KR102095077B1; CA2881404A1; CN104704341B; CN108572108A; JP2017207523A

Abstract

테스트 시편 홀더(20, 21)는 테스트 시편(11)을 선택적으로 결합하고 유지하기 위하여 작동 가능한 시편 결합부(30)를 포함한다. 테스트 시편 홀더(20, 21)는 시편 결합부(30) 주변에 배치된 제 1 차폐부(34)를 포함하되, 시편 결합부(30)로부터 열을 제거하기 위하여 차폐부(34)와 시편 결합부(30) 사이에 제 1 갭(36)이 형성된다.

Description

고온 환경을 위한 테스트 시편 홀더{TEST SPECIMEN HOLDER FOR HIGH TEMPERATURE ENVIRONMENTS}

이하의 설명은 단지 일반적인 배경 정보를 위하여 제공되며, 청구된 주제의 범위를 결정하기 위한 도움으로서 이용되도록 의도되지는 않는다.

본 발명은 환경 챔버 내에서 사용될 수 있는 테스트 시편 홀더에 관한 것이다. 환경 챔버는 테스트 시편의 환경을 주변 조건의 환경과 다르게 변화시키기 위하여 조작될 수 있다. 2012년 8월 8일에 출원된 미국 예비특허출원 제 61/681,127호는 본 명세서에서 전체로서 참고된다.

본 명세서 내의 이 개요와 요약은 간략화된 형태의 개념의 선택을 소개하기 위하여 제공되며, 개념은 상세한 설명에서 더 설명된다. 이 개요와 요약은 청구된 주제의 핵심 특징 또는 필수적인 특징을 확인하도록 의도된 것은 아니며 또한 청구된 주제의 범위를 결정하기 위한 도움으로서 사용되도록 의도되지는 않는다. 청구된 주제는 발명의 배경에서 언급된 어떠한 또는 모든 단점을 해결하는 실행에 제한되지 않는다.

본 발명의 태양은 테스트 환경 내에서 높은 온도를 견딜 수 있는 테스트 시편 홀더를 포함한다. 테스트 시편 홀더는 테스트 시편을 선택적으로 결합하고 유지하기 위하여 작동 가능한 시편 결합부를 포함한다. 테스트 시편 홀더는 시편 결합부 주변에 배치된 제 1 차폐부를 포함하며, 여기서 차폐부와 시편 결합부 사이에는 제 1 갭이 형성되어 시편 결합부로부터 열을 제거한다.

본 발명의 다른 태양은 베이스, 베이스로부터 연장된 좌측 및 우측 지지부, 좌측 및 우측 지지부에 부착된 크로스 헤드 그리고 베이스에 부착된 액추에이터를 갖는 테스트 장치를 포함한다. 베이스에 의하여 지지된 환경 챔버는 제 1 및 제 2 개구를 갖는다. 제 1 시편 결합부는 액추에이터에 결합되며 또한 환경 챔버의 제1 개구 내에 위치된 부분을 갖도록 구성된다. 제 2 시편 결합부는 크로스 헤드에 결합되며 또한 환경 챔버의 제2 개구 내에 위치된 부분을 갖도록 구성된다. 테스트 장치는 제 1 시편 결합부에 인접한 제 1 온도 센서, 제 2 시편 결합부에 인접한 제 2 온도 센서 및 특정 위치에서 1 및 제 2 시편 결합부에 의하여 유지될 때 시편의 온도를 감지하도록 구성된 환경 챔버 내의 제 3 온도 센서를 포함한다. 컨트롤러는 제 1, 제 2 그리고 제 3 온도 센서로부터 신호를 수신하고 신호를 송신하도록 구성되어 제 1 및 제 2 시편 결합부의 온도를 제어하며, 또한 특정 위치에서의 시편의 온도를 제어하도록 구성된다.

도 1은 환경 챔버를 갖는 테스트 기계의 사시도.
도 2는 환경 챔버 내에 위치된 상부 및 하부 테스트 시편 홀더의 단면도.
도 3은 테스트 시편 홀더의 단면도.
도 4는 환경 챔버 내의 환경을 제어하기 위한 플로우 차트.
도 5는 테스트 시편 홀더의 다른 실시예의 단면도.
도 6은 부가적인 차폐부를 갖는 테스트 시편 홀더의 사시도.
도 7은 수직 중간 평면을 따라 절취한 도 6의 테스트 시편 홀더의 절단 사시도.
도 8은 테스트 기계를 위한 제어 시스템의 개략적인 도면.
도 9는 컴퓨터의 개략적인 플로우 차트.

도 1에서 도면 부호 10에 일반적으로 지시된 로드 프레임(load frame)은 개략적으로 도시되며 역시 도면 부호 11에서 개략적으로 도시된 테스트 시편을 로딩(loading)하기 위하여 사용된다. 시편(11)은 환경 챔버(12)의 내부에 위치하며, 이 환경 챔버는 한 쌍의 종단벽(13)으로 엔클로져(enclosure)를 형성한다(도 2). 챔버(12)는 다른 엔클로저(17) 내에 배치될 수 있다. 챔버(12)는 어떠한 원하는 방식으로 로드 프레임(10)에 대하여 지지되나, 이 방식에 대한 세부 사항은 본 발명과 관련되지 않는다. 도시된 바와 같이, 로드 프레임(10)은 베이스(14), 한 쌍의 수직 컬럼(15) 그리고 크로스 헤드(16)를 갖는다. 크로스 헤드(16)는 본 발명의 태양을 갖는 테스트 시편 홀더(20)를 지지한다. 동일하지 않다면, 유사한 테스트 시편 홀더(21)가 환경 챔버(12)의 하단에 도시된다. 도시된 실시예에서, 테스트 시편 홀더(21)는 부하 또는 변위를 가하기 위하여 베이스(14) 내에 위치된 (도면 부호 19에서 개략적으로 지시된) 액추에이터에 결합된다. 이러한 액추에이터는 공지되어 있으며, 이의 세부 사항은 본 발명과 관련이 없다. 가해진 부하를 측정하기 위하여 로드 셀(18)이 보통 제공된다.

이 시점에서, 이러한 부하가 테스트 시편 홀더(20 및 21)를 통하여 가해지기 때문에 부하가 가해질 때 본 발명의 태양이 특히 유리할지라도, 본 발명의 태양은 예시적인 실시예의 로드 프레임(1)에 제한되지 않으며, 또한 본 발명의 태양은 테스트 시편(11)에 단지 부하를 가하는 것에 제한되지 않는다.

테스트 시편(11)의 특성을 가리키는 측정값을 얻기 위하여 환경 챔버는 보통 테스트 시편(11)이 고온 환경을 겪도록 이용된다. 테스트 시편 홀더(20 및 21)의 적어도 부분 또한 테스트 시편과 동일한 또는 유사한 환경을 겪기 때문에 고온 환경을 겪을 때 테스트 시편 홀더(20 및 21)는 만족스럽게 수행해야 한다. 로드 프레임(10)과 같은 로드 프레임의 경우, 테스트 시편 홀더(20, 21)는 테스트 시편(11)에 부하를 전달 또는 부여하며; 따라서 홀더(20, 21)가 또한 고온 환경에서 작동 중일 때 홀더는 이 부하를 부여해야 한다. 일부 경우에서, 사용자는 테스트 시편 홀더(20 및/또는 21)의 작동 온도를 초과하는 온도에서 테스트를 수행하는 것을 원할 수 있다. 여기서 작동 온도는 시편 홀더를 제조하는 재료에 의하여 한정된다.

본 발명의 태양은 그렇지 않으면 실질적이지 않은, 테스트 시편(11) 그리고 테스트 시편 홀더(20 및/또는 21)의 적어도 부분이 온도를 겪게 하는 것이 바람직할 때 또는 가능하다면 테스트 시편 홀더(20, 21)의 부분을 만드는 재료를 고려해볼 때 테스트 시편(11)을 유지하기 위하여 사용될 수 있는 테스트 시편 홀더(20, 21)를 제공한다.

예로써 도 3에 도시된 테스트 시편 홀더(21)를 참고하면, 홀더(21)는 시편 결합부(30; specimen engaging portion)를 포함하며, 이 시편 결합부는 테스트 시편(11)을 선택적으로 결합하도록 구성된다. 온도 변경 구조체(32)는 시편 결합부(30)에 결합되며 그리고/또는 시편 결합부의 부분으로 형성된다. 온도 변경 구조체(32)는 이하에서 설명된 하나 이상의 특징을 포함할 수 있다.

온도 변경 구조체(32)의 한 태양은 시편 결합부(32)의 적어도 한 부분에 적어도 가깝게 배치된 하나 이상의 차폐부(34)를 포함할 수 있다. 도시된 실시예에서, 차폐부(34)는 시편 결합부(32)에 결합된다. 차폐부 내에 캐비티 또는 갭(36), 한 예로써 차폐부(34)의 내측을 향하는 면과 시편 결합부(30)의 외측을 향하는 면(여기서, 연장부(70)) 사이에 형성된, 시편 결합부(30) 주위의 환형 캐비티를 형성하기 위하여 차폐부(34)는 시편 결합부(30)에 적어도 가깝게 배치될 수 있다.

도시된 실시예에서, 차폐부(34)는 시편 결합부(30)에 고정적으로 부착된다. 유체가 갭 또는 캐비티(36) 밖으로 흐르도록 하기 위하여 갭 통로(38)가 제공될 수 있다. 도시된 실시예에서, 갭 통로(38)는 차폐부(34)의 재료를 통하여 제공된 하나 이상의 포트를 포함한다. 만일 다수의 갭 통로(38)가 제공된다면, 일반적으로 이러한 갭 통로(38)는 차폐부(34) 내에서 시편 결합부(30)를 중심으로 각도 간격을 갖고 배치된다.

도시된 실시예에서, 제 2 차폐부(39)가 제공되며 이 제 2 차폐부는 또한 적어도 시편 결합부(30)의 부분에 가깝게 배치된다. 본 명세서에서, 한 예로써 제 2 차폐부는 차폐부(34)에 결합됨으로써 시편 결합부에 고정적으로 부착된다. 바람직하게는, 제 2 갭 또는 캐비티(40)가 차폐부(34 및 39)의 표면 사이에 형성된다. 여기서, 제 2 캐비티 또는 갭(40)은 또한 시편 결합부(30)에 대하여 환형이다. 제 2 갭 통로(42)는 유체가 제 2 갭 또는 캐비티(40) 밖으로 흐르는 것을 허용한다. 이 예에서, 제 2 갭 통로(42)는, 테스트 시편(11)에 인접한 한 종단(43)에서만 제 2 차폐부(39)가 제 1 차폐부(34)에 결합된다는 사실로부터 형성된, 시편 결합부(30) 주변의 연속적인 환형 개구를 포함한다.

도 3에서, 개방 갭 통로(42)에 대한 대안이 도면 부호 42A에서 도시된다. 캐비티(42A)는 종단(49 및 51)을 밀봉함으로써 그리고 캐비티(42)에서 공기를 제거하는, 공간에 진공 빨아들임으로써 생성된다. 진공 하에서의 캐비티(42)는 물질을 포함하지 않거나, 실질적으로 물질을 포함하지 않으며 따라서 캐비티는 열의 통로에 대한 베리어(barrier)이다. 아르곤과 같은, 열을 쉽게 전달하지 않는 가스로 캐비티를 채우는 것이 또한 고려된다. 갭 통로(38 및/또는 42)와 함께 또는 일부의 또는 모든 갭 통로(38 및/또는 42)를 위한 대체물로써 밀봉된 캐비티(42A)가 사용될 수 있다는 것이 고려된다.

도시된 실시예에서, 차폐부(34)는 테스트 시편(11)과 종단(43)에서 떨어진 종단(44)에서 시편 결합부(30)에 결합되거나 그렇지 않으면 시편 결합부에 바짝 인접하게 유지된다. 대부분의 그렇지 않으면 모든 유체가 갭 통로(들)(38)을 통하여 흐르게 하기 위하여 이 구조가 제공된다.

그러나, 본 도면에 도시된 갭 통로(38)에 더하여 또는 대안으로 갭 통로(42)와 유사한 환형 개구가 차폐부(34)와 시편 결합부(30) 사이에 제공될 수 있다는 점이 주목되어야 한다. 예를 들어, 단일의 차폐부(34)만이 사용 중일 때 갭 통로(42)와 유사한 방식으로 차폐부(34)와 시편 결합부(30) 사이의 환형 개구를 포함하는 갭 통로가 바람직할 수 있다.

환형 개구(42)와 같은 통로의 사용은 특히 이 구조에 유리하며 또한 환형 개구에 연결된 캐비티 밖으로의 유체 흐름을 테스트 시편(11)으로부터 멀어지게 한다. 테스트 시편(11)으로부터 떨어진 종단(44)에서의 차폐부의 하나 이상의 부분이 시편 결합부(30)에 직접적으로 또는 다른 차폐부를 통하여 결합된다면, 차폐부(34 및/또는 39)의 종단에 또는 종단에 인접하게 위치한 환형 개구(42)가 연속적인 환형 개구에 제한되는 것이 아니라 하나 이상의 포트 개구일 수 있다는 점이 이해되어야 한다.

도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이 시편 결합부(30)가 환경 챔버(12) 내에 배치된 반면에, 시편 결합부의 부분 또는 테스트 시편 홀더(21)의 다른 부분이 환경 챔버(12)의 벽(13)에 제공된 개구를 통하여 연장된다는 점이 주목되어야 한다. 특히 유리한 실시예에서, 유체 흐름이 개구(50)를 향하도록 하거나 그렇지 않으면 유체가 개구(50)를 통하여 흐르게 하도록 (하나의 차폐부보다 많은 차폐부가 제공된다면) 하나 이상의 갭 통로(38, 42)가 배치된다. 도시된 실시예에서, 환경 챔버(12)의 벽(13)은 차폐부(39) 주위에 배치되며 따라서 갭 통로(42) 밖으로의 유체 흐름은 테스트 시편(11)이 위치된 챔버(12)의 외부에 있다.

본 발명의 다른 태양은 테스트 시편 홀더(21)를 둘러싸는 환경 챔버 내로 유체가 배출되는 대응하는 갭 통로를 통하여 유체가 갭 또는 캐비티(36 및/또는 40)로부터 흐르게 하는 것을 포함한다. 특히, 유리한 실시예에서, 유체는 시편 결합부(30) 내에 또는 시편 결합부에 연결된 테스트 시편 홀더(21)의 부분 내에 제공된 내부 통로(74)를 통하여 갭(들) 또는 캐비티(캐비티들)(36 및/또는 40)에 제공된다.

테스트 시편 홀더(21)는 일반적으로 챔버의 외부에 위치된, 테스트 시편 홀더(21)의 베이스 부분(72)으로부터 연장된 연장부(70)를 포함한다. 연장부(70)는 베이스(72) 상에서 테스트 시편 결합부(30)를 지지한다. 도 2에 도시된 바와 같이, 연장부(70)는 챔버(12)에 제공된 개구(50)를 통하여 연장된다. 캐비티(36)는 연장부(70)의 내부 통로(74)에 유체적으로 결합된다.

내부 통로(74) 또한 개구(50)를 통하여 연장되고 유체 공급원(78)에 유체적으로 결합된다. 유체 공급원(78)은 가압 용기, 펌프, 팬 등을 포함하는 여러 가지 형태를 취할 수 있다. 도시된 실시예에서, 내부 통로(74)는 베이스(72) 내의 통로(80)에 유체적으로 결합되며, 여기서 유입 포트가 도면 부호 "82"에 제공된다.

본 발명의 태양은 시편 결합부(30) 및/또는 연장부(70)를 냉각시키기 위하여 또는 온도를 낮추기 위하여 연장부(70)의 내부 통로를 통하여 흐르는 그리고/또는 갭(들)(36, 40) 및/또는 다른 통로를 통하여 흐르는 유체를 이용하는 것이며, 따라서 그렇지 않으면 구성 요소를 제조하는 재료를 고려할 때 취해진 이러한 조치 없이 이들 구성 요소가 작동할 수 있는 온도를 초과하는 온도로 가열된 환경 챔버(12) 내에서 이들은 이용될 수 있다.

도 2를 참고하면, 테스트 시편의 일반적인 테스트는 부분(예를 들어, 중앙 부분(81))을 원하는 온도로 가열하는 것을 포함한다. 많은 테스트에서, 온도를 모니터링하기 위하여 온도 게이지(91)가 제공된다. 원하는 온도를 이루는 것에 더하여, 많은 경우에 테스트 하에서 테스트 시편의 부분(81)의 (홀더(20, 21) 사이의) 축 방향 길이에 걸쳐 온도가 달라지지 않는 것 또한 필요하다. 즉, 테스트 하에서 부분(81)에 걸쳐 어떠한 온도 기울기, 전형적으로 매우 작은 기울기가 얻어지는 것이 가끔은 바람직하다.

환경 챔버(12) 내의 온도를 제어하기 위하여, 환경 챔버(12)는 흔히 다수의 가열 요소를 포함하여 복사 열 에너지를 방출한다. 한 형태의 환경 챔버(12) 내에서, (개략적으로 도시된) 3개의 가열 요소(83A, 83B 및 83C)가 제공된다. 여기서 중앙 가열 요소(83B)는 테스트 하에서 시편(11), 특히 부분(81)에 인접하게 배치된 반면에, 테스트 시편 홀더(20, 21)의 종단에 인접한 환경 챔버(12)의 종단부에서 열을 분배하도록 종단 가열 요소(83A 그리고 83C)가 배치된다.

도 2 및 도 3을 참고하면, 작동(본 명세서에서는 원하는 부하의 전달 및 부여)시키기 위하여 본 명세서에서 설명된 하나 이상의 온도 변경 구조체(32)를 사용하는 것, 특히 갭(들)(36, 40)을 통한 공급부(78)로부터의 유체 흐름이 사용되어 시편 결합부(30) 및/또는 연장부(70) 또는 챔버(12) 내의 홀더(21)의 다른 구성 요소의 온도를 유지할 수 있는 반면에, 테스트 시편(11)의 부분(81)은 시편 결합부(30) 등의 온도를 초과하는 온도까지 가열(원하는 온도 기울기 유지)된다는 것이 알려졌다.

예를 들어, 부분(81)은 1,200℃까지 가열될 수 있는 반면에, 갭(들)(36, 40) 그리고 연결된 통로를 통하여 유체를 흐르게 함에 의하여 시편 결합부(30), 연장부(70) 등은 1,000℃를 초과하지 않는다는 것이 알려졌다. 전형적으로 유체는 기체, 예를 들어, 제한되지는 않지만, 공기, 불활성 기체 등이다. 유체 종류, 홀더(21) 내로의 유체의 온도 그리고 유체가 제공되는 속도를 변화시킴으로써 시편 결합부(30), 연장부(70) 등에 제공된 냉각의 정도 또는 규모는 달라질 수 있다. 원한다면, 유체는 액체로써 공급부(78)로부터 제공될 수도 있으며, 여기서 에너지는 흡수되고 통로(들)(38, 42)로부터 가스가 방출되는 가스로의 상태 변화가 일어난다.

도 8을 참고하면, 개략적으로 도시된 컨트롤러(95)가 일반적으로 제공된다. 컨트롤러(95)는 테스트 동안에 테스트 시편(11)을 나타내는 데이터를 수신할 수 있다. 로드 프레임(10)과 함께, 이러한 입력 데이터는 로드 셀(18)로부터의 테스트 시편(11)에 가해지는 부하(20)의 측정값 및/또는 도시되지 않은 신장계로부터의 부하 하에서의 테스트 시편(11)의 신장 또는 압축을 나타내는 변위의 측정값을 포함할 수 있다. 그러나 이들은 단지 예이며, 본 발명의 부분을 형성할 수도 또는 형성하지 않을 수도 있다.

위에서 나타난 바와 같이, 컨트롤러(95)는 또한 온도 게이지(91)로부터 제 1 온도 입력값(202)을 수신할 수 있다. 원한다면, 홀더(20, 21) 각각은 또한 온도 게이지(98A, 98B)를 포함할 수 있으며, 온도 게이지 각각은 대응하는 홀더(20, 21) 그리고 한 실시예에서 시편 결합부(30)의 온도를 나타내는 온도 입력값(204, 206)을 컨트롤러(95)에 제공한다. 이러한 온도 게이지는 공지되어 있다.

컨트롤러(95)는 공급부(78)에 제어 신호(208)를 제공하도록 구성되어 위에서 언급된 변수(예를 들어, 유체의 온도, 유속, 압력 등) 중 어떠한 것을 조정할 수 있다. 한 실시예에서, 수신된 온도 입력값, 예를 들어 201, 212 그리고 214 각각에서의 시편(11) 또는 홀더(20, 21)의 온도 중 어느 하나 이상을 기초로 하여 이들 변수들 중 하나 이상을 수동으로 조정하기 위하여 사용자는 컨트롤러(95)의 사용자 인터페이스를 작동할 수 있다. 다른 실시예에서, 컨트롤러(95)는 수신된 하나 이상의 온도 입력값, 예를 들어 홀더(20, 21)의 온도에 기초한 변수들에 근거하여 이들 변수들 중 하나 이상을 자동적으로 조정할 수 있다. 컨트롤러(95)는 또한 신호(200)에 응답하여 신호(216)를 액추에이터에 송신하도록 구성될 수 있다.

도 4는 홀더(20, 21) 각각에서 원하는 온도를 유지하기 위하여 공급부(78)의 자동 조정을 위한 예시적인 방법(200)을 도시한다. 단계(202)에서, 테스트 부분(81)을 위한 원하는 온도가 예를 들어 적절한 사용자 인터페이스를 통하여 컨트롤러(95)에 입력된다. 단계(204)에서, 컨트롤러(95)는 히터(83A, 83B 및 83C)를 작동시켜 원하는 온도를 얻을 수 있다. 방법(200) 동안에 컨트롤러(95)는 위에서 언급된 온도 게이지(91, 98A 및 98B)로부터 온도 신호를 수신한다. 그후 컨트롤러(95)는 히터(83A, 83B 및 83C)가 작동되는 단계(206)를 유지하여 필요하다면 부분(81)의 원하는 온도를 유지한다. 더 중요한 것은 각 홀더(20, 21)의 작동 범위 내에서 부분(81)의 온도보다 낮은 원하는 온도에서 홀더(20, 21)의 온도를 유지하기 위하여 컨트롤러(95)가 홀더(20, 21), 특히 갭(들)(36, 40)에 제공된 유체의 매개 변수를 조정한다는 것이다. 홀더(20, 21)에 제공된 유체의 변수를 제어함에 의하여 홀더(20, 21)의 온도는 정확하게 제어될 수 있다.

한 실시예에서 홀더(20, 21)가 그 이하에서 작동해야 하는 온도보다 낮은 어떠한 원하는 온도를 얻기 위해서 컨트롤러(95)는 단지 공급부(78)를 제어하지 않는다는 것을 주목하는 것이 중요하다. 더 정확히 말하면, 원하는 작동 범위 내에 있는 홀더(20, 21)의 온도를 얻기 위하여 컨트롤러(95)가 공급부(78) 및/또는 히터(83A, 83B 및 83C)를 제어하나, 테스트 시편 (11)의 부분(81)에 걸친 바람직하지 않은 온도 기울기를 야기하기 위하여 시편 결합부(30)를 냉각하지는 않는다.

도 3을 참고하면, 요구되지는 않을지라도 테스트 시편 홀더(21)는 테스트 시편(11)을 선택적으로 잡고 해제하기 위한 작동 가능한 조립체를 포함한다. 예시적인 실시예에 도시된 바와 같이, 베이스(72)는 (예를 들어, 수동으로 작동하는 유압 또는 공압 등의) 액추에이터를 포함하며, 이 액추에이터는 액추에이터 엔드 캡(101)을 갖는 외부 원통형 몸체부(100)를 갖는다. 여기서 액추에이터 엔드 캡은 원통형 몸체부에 고정되어 있어 피스톤(103)과 연장 로드 부분(104)이 장착된 내부 챔버(102)를 형성한다. 피스톤(103)은 실린더 몸체(100)의 베이스 내의 개구를 통하여 밖으로 연장된 제 2 로드 부분(105; 이 로드 부분은 개별 부분일 수 있으며 또는 피스톤(103)과 일체화되어 단일의 통합된 몸체로 형성될 수 있다)을 갖는다. 로드 부분(105)은 나선 연결부와 같은 적절한 연결부를 통하여, 로드 프레임(10)의 베이스(14) 내에 장착된 액추에이터(19)의 로드에 연결된다.

일반적으로, 캐비티 또는 갭(36)으로 유체적으로 결합되기 위하여 유체 통로(80)는 베이스(72) 내의 포트(82)에서 통로(74)까지 제공된다. 도시된 실시예에서, 연장부(70) 내의 내부 통로(74)는 내부 보어(110) 그리고 내부 보어(110)를 갭 또는 캐비티(36)와 유체적으로 결합시키는 측면 통로(112)를 포함한다. 로드(104)는 또한 포트(82)에 내부 보어(110)를 포트(82)에 유체적으로 결합시키는 내부 통로(116)를 포함한다.

그러나 이는 하나의 실시예이며 시편 홀더(21)가 액추에이터 부품을 포함할 때 이의 특별한 구조는 이점을 갖는다는 것이 이해되어야 한다. 특히 시편 결합부(30)가 테스트 시편(11)을 결합하고 해제하도록 하기 위하여 실린더 몸체(100)가 피스톤(103)에 대하여 이동한다. 연장부(70)는 실린더 몸체(100)에 고정적으로 결합되거나 단일의 통합된 몸체로써 일체로 형성되며 따라서 연장부(70)는 로드(104)에 대하여 실린더 몸체(100)와 함께 이동한다.

도시된 실시예에서, 시편 결합부(30)는 테스트 시편(11)을 결합하기 위하여 선택적으로 압축될 수 있는 테스트 시편 수용기(101)를 포함한다. 연장부(70)는 내측으로 연장된 환형 플랜지(107)를 포함하며, 이 플랜지는 테스트 시편 수용기(105)를 결합한다. 홀더(20 및 21) 사이에서 테스트 시편(11)에 인장력을 부여하지 않고 테스트 시편(11)을 잡기 위하여 연장부(70)의 (도 3에서의 하향) 변위가 테스트 시편 수용기(105)를 누르도록 테스트 시편 수용기(105)와 환형 플랜지(107)가 구성된다. 테스트 시편 수용기(105)가 다른 구성을 취할 수 있다는 것이 이해되어야 한다.

유사 또는 동일한 부분이 동일한 참고 번호로 식별되는 도 3 및 도 5를 참고하면, 테스트 시편 수용기(101')는 테스트 시편(11)을 향하여 그리고 테스트 시편으로부터 측 방향으로 이동하여 테스트 시편(11)을 선택적으로 결합하는 웨지(109)를 포함한다. 또한, 테스트 시편 수용기(101')의 작동은 로드(104)에 대한 연장부(70)와 실린더 몸체(100)의 이동으로 일어난다. 테스트 시편 수용기의 다른 형태가 미국특허 제5,095,757호에 다른 변위 가능한 웨지 및 클램핑 콜릿으로써 도시되어 있다. 이들 그리고 다른 형태의 테스트 시편 수용기가 본 명세서 내에서 설명된 그리고/또는 도시된 본 발명의 태양과 함께 사용될 수 있다.

테스트 시편 홀더(21)의 베이스(72)를 위하여 도면 부호 120에서 개략적으로 지시된 베이스 냉각 통로를 통하여 냉각이 제공되는 것이 일반적인 것임이 주목되어야 한다. 여기서 냉각 통로는 결과적으로 유입 포트와 배출 포트(도시되지 않음) 유체적으로 결합된다. 특히 유리한 실시예에서, 캐비티 또는 갭(36)에 제공된 유체 그리고 이에 연결된 다양한 통로는 냉각 통로(120)와 분리되고 격리되어 있다.

본 발명의 다른 태양, 특히 온도 변경 구조체(32)는 테스트 시편 수용기(101), 연장부(70), 차폐부(34, 39) 및/또는 (열 흡수 또는 전도, 대류 및/또는 방사를 통한 열전달을 억제하는 재료를 포함하는) 시편 결합부(30)의 부분을 형성하는 다른 요소와 같은 환경 챔버(12) 내에서 열에 노출된 홀더(20, 21)의 하나 이상의 외부 표면을 포함한다. 재료는 전체 부품을 포함할 수 있으며 또는 기본 재료(금속 또는 비금속) 재료 위의 하나 이상의 층을 포함할 수 있다. 제한되지는 않지만 세라믹과 같은 열 차단 재료는 환경 챔버(12)로부터 시편 결합부(30)로의 열의 전도 또는 흡수를 억제한다. 한 예로서, 어느 표면(예를 들어, 차폐부(34 및 39)의 외측으로 향하는 표면(132) 및/또는 내측으로 향하는 표면(134), 테스트 시편 수용기(105) 및/또는 연장부(70)의 외부 표면) 또는 부품 전부는 시편 결합부(30)로의 열 전달을 방지하는데 도움이 되는 열 차단 재료를 포함할 수 있다.

차폐부(34 및 39)의 선택된 표면 상에 제공된 또는 그렇지 않으면 차폐부의 선택된 표면을 형성하는, 제한되지는 않지만 얇은 금속 코팅부 또는 금속 입자를 갖는 코팅부와 같은 저방사율 열 재료(low emissivity thermal materials) 또한 시편 결합부(30)로의 열 전달을 억제하는 것으로 알려져 있다. 예를 들어, 복사 열 에너지가 차폐부 표면으로부터 방출되는 것을 최소화하기 위하여 차폐부(34 및/또는 39)의 내측을 향하는 표면은 저방사율 열 코팅부를 구비할 수 있다. 열 차단 재료 그리고 저방사율 열 재료가 동일한 요소 상에서 조합될 수 있다는 것이 주목되어야 한다.

도 6 및 도 7은 본 발명의 태양을 갖는 다른 홀더(180)를 도시한다. 위에서 설명된 바와 유사 또는 동일한 기능을 갖는 부품들은 동일한 도면 부호로 식별된다. 이 실시예에서, 차폐부(39)는 시편 수용기(105)의 많은 부분 그렇지 않다면 전부를 덮는 상단 플레이트 부분(39A 및 39B)을 더 포함한다. 플레이트 부분(39A 및 39B)은 직립 플랜지 부분(184)의 개구 내로 삽입된 핀(182)을 이용하여 차폐부(39)에 고정된다. 여기서, 플랜지 부분(184)은 플레이트 부분(38A, 38B) 내의 개구를 통하여 연장된다.

부가적인 핀(192)이 차폐부(39)의 종단(44)에 인접하게 제공된다. 차폐부(39)가 연장부(70) 위에 배치될 때, 개구(188)는 로드(104) 상의 환형 플랜지(190)의 각 측부 상에 배치된다. 환형 플랜지(190)와의 접촉에 의한 차폐부(39)의 축 방향 이동을 억제하기 위하여 (예를 들어, 세라믹으로 제조된) 핀(192)은 개구(188) 내에 삽입된다. 환형 플랜지(190)의 존재를 고려하여, 통로(42)는 벤트 배출구(194)를 포함한다.

컨트롤러(95)가 도 8에 단지 개략적으로 도시되어 있음을 주목해야 하며, 여기서 이 구성 요소의 기능은 하나 이상의 컴퓨터 장치에서 실행될 수 있다. 예를 들어, 한 실시예에서, 컨트롤러(95)는 사용자 작동 단말기, 시스템 컨트롤러 그리고 서보 컨트롤러를 포함할 수 있다. 서보 컨트롤러는 제어 신호를 제공하여 시스템 컨트롤러로부터 제공된 명령에 근거하여 액추에이터(19)를 작동시킨다. 시스템 컨트롤러는 전형적으로 서보 컨트롤러로의 입력으로서 제공된 구동 신호에 응답하여 피드백으로서 실제 응답을 수신한다. 사용자 작동 단말기는 전반적인 명령 신호를 시스템 컨트롤러에 제공한다.

위에서 설명된 컨트롤러(95), 사용자 작동 단말기, 서보 컨트롤러 또는 시스템 컨트롤러는 적어도 부분적으로 디지털 및/또는 아날로그 컴퓨터 장치에서 수행될 수 있다. 도 8 및 관련된 설명은 일반적인 컴퓨터 장치를 포함하는 적절한 컴퓨터 사용 환경의 간단한 그리고 일반적인 설명을 제공한다. 요구되지는 않을지라도, 일반적인 컴퓨터 장치는 프로그램 모듈과 같은, 컴퓨터(302)에 의하여 실행되는, 컴퓨터로 실행 가능한 명령의 일반적인 문맥 내에서 적어도 부분적으로 설명될 것이다.

일반적으로 프로그램 모듈은 루틴 프로그램, 대상물(object), 구성 요소, 데이터 구조 등을 포함하며, 이들은 특정 작업을 수행하거나 특정 추상 데이터 타입을 실행한다. 본 기술 분야의 지식을 가진 자는 컴퓨터 판독 가능 매체 상에 저장 가능한 컴퓨터-실행 가능한 명령에 대하여 아래의 설명 및/또는 블록도를 실행할 수 있다. 더욱이, 본 기술 분야의 지식을 가진 자는 본 발명이 멀티-프로세서 시스템, 네트워크화된 개인용 컴퓨터, 미니 컴퓨터, 메인 프레임 컴퓨터 등을 포함하는 다른 컴퓨터 시스템 구조로 실행될 수 있다는 것을 인식할 것이다. 통신 네트워크를 통하여 연결된 원격 처리 장치에 의하여 과제가 수행되는 분산 컴퓨팅 환경에서 본 발명의 태양이 실행될 수 있다. 분산 컴퓨팅 환경에서, 프로그램 모듈은 국부 메모리 저장 장치와 원격 메모리 저장 장치 내에 위치될 수 있다.

도 9에 도시된 컴퓨터(302)는 중앙 처리 장치(CPU; 327), 메모리(333) 그리고 메모리(333)를 포함한 다양한 시스템 요소를 CPU(324)에 연결하는 시스템 버스(335)를 갖는 일반적인 컴퓨터를 포함한다. 시스템 버스(335)는 메모리 버스 또는 메모리 컨트롤러, 주변 버스, 그리고 각종 버스 구조를 이용한 로컬 버스를 포함하는 다양한 형태의 버스 구조체일 수 있다. 메모리(333)는 읽기 전용 메모리(ROM)와 랜덤 액세스 메모리(RAM)를 포함한다. 시작 동안과 같이 컴퓨터(302) 내에서 요소 사이에 정보를 전달하는 것을 돕는 기본 루틴(basic routine)을 포함하는 기본 입력/출력 시스템(BIOS)이 ROM에 저장된다. 하드 디스크, 플로피 디스크 드라이브, 광학 디스크 드라이브 등과 같은 저장 장치(337)가 시스템 버스(335)에 결합되며 프로그램 및 데이터를 저장하기 위하여 사용된다. 마그네틱 카세트, 플래시 메모리 카드, 디지털 비디오 디스크, 랜덤 액세스 메모리, 리드 온 리 메모리 등과 같은, 컴퓨터에 의하여 접근 가능한 다른 형태의 컴퓨터 판독 가능한 매체 또한 저장 장치로 이용될 수 있다는 것이 본 기술 분야의 지식을 가진 자에 의하여 인정되어야 한다. 공통적으로, 프로그램이 데이터를 수반하고 또는 수반하지 않고 저장 장치(337) 중 적어도 하나로부터 메모리(333)로 로딩된다.

키보드(341) 그리고 위치 결정 장치(343; 마우스) 등과 같은 입력 장치는 사용자가 컴퓨터(302)에 명령을 제공하는 것을 허용한다. 모니터(345) 또는 다른 형태의 출력 장치가 적절한 인터페이스를 통하여 시스템 버스(335)에 더 연결되며 사용자에게 피드백을 제공한다. 모니터(345)가 터치 스크린이면, 위치 결정 장치(343)는 모니터와 통합된다.

컨트롤러(95), 서보 컨트롤러 또는 시스템 컨트롤러의 각각의 인터페이스(349)는 통신을 허용한다. 인터페이스(349)는 또한 위에서 설명된 바와 같이 신호를 전송 또는 신호를 수신하기 위하여 사용된 회로를 나타낸다. 일반적으로, 이러한 회로는 본 기술 분야에서 잘 알려진 바와 같이 디지털-아날로그(D/A) 그리고 아날로그-디지털(A/D) 컨버터를 포함한다. 컨트롤러(95)는 또한 잘 알려진 바와 같이 디지털 수퍼비젼(digital supervision)을 갖는 또는 갖지 않는 아날로그 컨트롤러를 포함할 수 있다.

본 발명이 바람직한 실시예를 참고로 하여 설명되었을지라도, 본 기술 분야의 지식을 가진 작업자는 본 발명의 사상 및 범위로부터 벗어남이 없이 변화가 이루어질 수 있다는 것을 인식할 것이다.

Claims

테스트 시편을 선택적으로 결합하고 유지하도록 작동 가능한 시편 결합부; 및
시편 결합부 주변에 배치된 제 1 차폐부를 포함하되,
시편 결합부로부터의 열을 제거하기 위하여 차폐부와 시편 결합부 사이에 제 1 갭(gap)이 형성된 테스트 시편 홀더.
제1항에 있어서, 제 1 갭은 유입 포트와 배출 포트를 갖는 제 1 갭 통로를 포함하되, 가스는 유입 포트를 통하여 제 1 갭 통로 내로 강제로 들어가며, 열은 시편 결합부로부터의 전달된 열인 테스트 시편 홀더.
제2항에 있어서, 유입 포트는 제 1 갭 통로의 하단에 인접하며, 배출 통로는 제 1 갭 통로의 상단에 인접한 테스트 시편 홀더.
제1항 내지 제3항 중 한 항에 있어서, 시편 홀더에 부착되고 제 1 차폐부 주변에 배치된 제 2 차폐부를 더 포함하되, 시편 홀더로부터의 열을 제거하도록 구성된 제 2 갭 통로를 한정하기 위하여 제 2 차폐부는 제 1 차폐부에 부착된 테스트 시편 홀더.
제4항에 있어서, 제 2 갭 통로는 상단에 인접한 유입 포트와 하단에 인접한 배출 포트를 포함하여 가스가 제 2 갭 통로를 통하여 흐를 때 열이 시편 결합부로부터 제거되는 테스트 시편 홀더.
제1항에 있어서, 제 1 갭은 진공 하에서 밀봉 캐비티를 포함하며, 진공 하에서의 밀봉 캐비티는 시편 결합부로의 열 전달을 방지하는 테스트 시편 홀더.
제1항 내지 제6항 중 한 항에 있어서, 제 1 차폐부는 열차폐 코팅부 또는 저방사율 열 코팅부를 포함하는 적어도 하나의 표면을 포함하는 테스트 시편 홀더.
제7항에 있어서, 적어도 하나의 표면은 갭을 형성하기 위하여 시편 결합부에서 이격된, 내측으로 향하는 표면을 포함하는 테스트 시편 홀더.
제4항에 있어서, 제 2 차폐부는 열차폐 코팅부 또는 저방사율 열 코팅부를 포함하는 적어도 하나의 표면을 포함하는 테스트 시편 홀더.
제9항에 있어서, 제 2 차폐부의 적어도 하나의 표면은 차폐부의 외측을 향하는 표면과 이격되고 외측을 향하는 표면을 향하는 내측을 향하는 표면이며, 열 차폐 코팅부 또는 저방사율 열 코팅부를 포함하는 테스트 시편 홀더.
베이스;
베이스로부터 연장된 좌측 및 우측 지지부;
좌측 및 우측 지지부에 부착된 크로스 헤드;
베이스에 부착된 액추에이터;
베이스에 의하여 지지되며 제 1 개구 및 제 2 개구를 갖는 환경 챔버;
액추에이터에 결합되며, 환경 챔버의 제 1 개구 내에 위치된 부분을 갖도록 구성된 제 1 시편 결합부;
크로스 헤드에 결합되며, 환경 챔버의 제 2 개구 내에 위치된 부분을 갖도록 구성된 제 2 시편 결합부;
제 1 시편 결합부에 인접한 제 1 온도 센서;
제 2 시편 결합부에 인접한 제 2 온도 센서;
특정 위치에서 시편의 온도를 감지하도록 구성된, 환경 챔버 내의 제 3 온도 센서; 및
제 1, 제 2 그리고 제 3 온도 센서로부터 신호를 수신하고 신호를 송신하도록 구성되어 제 1 및 제 2 시편 결합부의 온도를 제어하며, 특정 위치에서의 시편의 온도를 제어하도록 구성된 컨트롤러를 포함하는 테스트 장치.
제11항에 있어서,
제 1 시편 결합부에 인접한 환경 챔버 내에 위치한 제 1 가열 요소;
제 2 시편 결합부에 인접한 환경 챔버 내에 위치한 제 2 가열 요소; 및
환경 챔버 내에 위치하며, 원하는 위치에서 시편의 온도를 제어하도록 구성된 제 3 가열 요소를 더 포함하는 테스트 장치.
제12항에 있어서, 컨트롤러는 제1, 제 2 및 제 3 온도 센서로부터의 신호로부터 제 1, 제 2 및 제 3 가열 요소를 개별적으로 제어하여 제 1 및 제 2 가열 요소는 선택된 온도로 제어되며 제 3 가열 요소는 선택된 위치에서 시편의 온도를 제어하도록 구성된 테스트 장치.
제11항 내지 제13항 중 한 항에 있어서, 제 1 및 제 2 시편 결합부는
테스트 시편을 선택적으로 결합하고 유지하기 위하여 작동 가능한 시편 결합부; 및
시편 결합부 주변에 배치된 제 1 차폐부를 포함하되,
시편 결합부로부터의 열을 제거하기 위하여 차폐부와 시편 결합부 사이에 제 1 갭이 형성된 테스트 장치.
제14항에 있어서, 제 1 및 제 2 시편 결합부는 유입 포트와 배출 포트를 갖는 제 1 갭 통로를 포함하는 제 1 갭을 포함하되, 가스는 유입 포트를 통하여 제 1 갭 통로 내로 강제로 들어가며, 열은 시편 홀더로부터의 전달된 열인 테스트 장치.
제14항에 있어서, 제 1 및 제 2 시편 결합부는 시펀 홀더에 부착되고 제 1 차폐부 주위에 배치된 제 2 차폐부를 더 포함하며, 제 2 차폐부는 제 2 갭 통로를 한정하기 위하여 제 1 차폐부에 부착되되, 제 2 갭 통로는 유입 포트로부터 그리고 제 2 갭 통로를 통하여 가스를 흐르게 하고 배출 포트를 통하여 배출함에 의하여 시편 홀더로부터 열을 제거하도록 구성된 테스트 장치.
제14항에 있어서, 제 1 및 제 2 시편 결합부의 제 1 갭은 진공 하에서 밀봉 캐비티를 포함하며, 진공 하에서의 밀봉 캐비티는 시편 결합부로의 열 전달을 방지하는 테스트 장치.
제14항에 있어서, 제 1 및 제 2 시편 결합부의 제 1 차폐부는 열차폐 코팅부 또는 저방사율 열 코팅부를 포함하는 적어도 하나의 표면을 포함하는 테스트 장치.
제18항에 있어서, 적어도 하나의 표면은 갭을 형성하기 위하여 시편 결합부에서 이격된, 내측으로 향하는 표면을 포함하는 테스트 장치.
제16항에 있어서, 제 1 및 제 2 시편 결합부의 제 2 차폐부는 열차폐 코팅부 또는 저방사율 열 코팅부를 포함하는 적어도 하나의 표면을 포함하는 테스트 장치.