KR20160006463A - 시편의 전단 강도 테스트 장치 - Google Patents

시편의 전단 강도 테스트 장치 Download PDF

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KR20160006463A
KR20160006463A KR1020140086078A KR20140086078A KR20160006463A KR 20160006463 A KR20160006463 A KR 20160006463A KR 1020140086078 A KR1020140086078 A KR 1020140086078A KR 20140086078 A KR20140086078 A KR 20140086078A KR 20160006463 A KR20160006463 A KR 20160006463A
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조동필
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삼성중공업 주식회사
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Abstract

시편의 전단 강도 테스트 장치가 개시된다. 본 발명의 실시예에 따른 전단 강도 테스트 장치는 시편 몸체와 상기 시편 몸체의 측면에 형성된 돌출부를 포함하는 시편의 전단 강도를 테스트하는 장치로서, 상기 시편 몸체를 수용하는 제 1 수용부와 상기 돌출부를 수용하는 제 2 수용부가 형성되고, 상기 시편을 고정시키는 지그; 및 상기 시편 몸체에 대한 상기 돌출부의 돌출 방향에 수직한 방향으로 상기 시편 몸체에 가압력을 제공하는 가압부를 포함할 수 있다.

Description

시편의 전단 강도 테스트 장치{Apparatus for testing the shearing strength of the test piece}
본 발명은 시편의 전단 강도 테스트 장치에 관한 것이다.
조선 또는 건설 분야에서 구조물에 형성된 구멍에 마우스 링이 설치된다. 마우스 링(Mouth ring)은 구멍 주변의 구조 강도를 향상시킨다.
통상적으로 마우스 링은 그 직경이 대략 600mm이고 유리섬유 강화 플라스틱(GFRP)으로 제작된다. 마우스 링은 링 형상의 몸체와 몸체의 측면으로 돌출된 쉬어 림(shear rim)을 포함하여 구성된다. 이러한 마우스 링은 구멍에 설치 후 쉬어 림은 상하부 압력 차에 의해 전단응력을 받게 된다.
유리섬유 강화 플라스틱(GFRP)는 비 등방성 재료로서 유리섬유 적층 방향에 따라 강도 수준의 차이가 발생하는데 유리섬유와 수지가 전체적으로 인장을 받을 때 정상적인 강도를 발현할 수 있다.
마우스 링 제작 시 유리섬유는 원주방향으로 배열되어 있으므로 쉬어 림 부위에서 유리섬유를 포함하는 수지층 전체가 인장응력을 받는 것이 아니라 유리섬유/수지/유리섬유 계면간 전단응력을 받게 된다. 따라서 쉬어 림은 강도상 취약 부위에 속하므로 이에 대한 강도 수준 확인 및 품질 관리가 요구된다. 나아가 마우스 링과 같이 최종 제품에 대한 전단강도를 테스트하는 방법이 요구된다.
본 발명의 실시예는, 마우스 링과 같은 제품에 대한 시편의 전단 강도를 테스트하는 장치를 제공하고자 한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 시편 몸체와 상기 시편 몸체의 측면에 형성된 돌출부를 포함하는 시편의 전단 강도 테스트 장치로서, 상기 시편 몸체를 수용하는 제 1 수용부와 상기 돌출부를 수용하는 제 2 수용부가 형성되고, 상기 시편을 고정시키는 지그; 및 상기 시편 몸체에 대한 상기 돌출부의 돌출 방향에 수직한 방향으로 상기 시편 몸체에 가압력을 제공하는 가압부를 포함하는, 시편의 전단 강도 테스트 장치가 제공될 수 있다.
상기 가압부는, 상기 시편 몸체와 접촉하는 가압 부재; 및 상기 가압 부재에 상기 가압력을 제공하는 액추에이터를 포함할 수 있다.
상기 전단 강도 테스트 장치는 상기 시편 몸체 중 상기 돌출부가 형성된 면의 반대면을 상기 지그에 대해 지지하고, 상기 가압력의 방향으로 이동 가능한 지지 부재를 더 포함할 수 있다.
상기 제 2 수용부와 대향하는 상기 제 1 수용부의 내측면에는 상기 지지 부재를 슬라이딩 이동시키기 위한 레일이 형성될 수 있다.
상기 지그는, 제 1 지그 몸체; 및 힌지축에 의해 상기 제 1 지그 몸체와 결합되는 제 2 지그 몸체를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 마우스 링과 같은 제품에 대한 시편의 전단 강도를 효과적으로 테스트할 수 있다.
도 1은 일반적인 마우스 링 및 이에 대한 시편을 나타내는 도면이고,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 시편의 전단 강도 테스트 장치를 나타내는 도면이고,
도 3은 도 2의 A-A단면을 나타내는 도면이고,
도 4는 도 2에 도시된 지그의 일 변형례를 나타내는 도면이다.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
이하, 본 발명의 실시예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명하기로 하며, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
도 1은 일반적인 마우스 링 및 이에 대한 시편을 나타내는 도면이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 시편의 전단 강도 테스트 장치를 나타내는 도면이고, 도 3은 도 2의 A-A단면을 나타내는 도면이다.
참고로 도 2는 전단 강도 테스트 장치(100)를 전방에서 바라본 사시도라고 가정하고, 도 2에서 볼 때 위쪽을 전단 강도 테스트 장치(100)의 상방이라고 가정하여 본 실시예에 따른 전단 강도 테스트 장치(100)를 설명하나 이와 같이 가정한 방향은 본 발명을 한정하지 않는다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 실시예에 따른 전단 강도 테스트 장치(100)는 시편(20)의 전단 강도를 테스트 한다.
시편(20)은 예컨대, 구조물의 개구부에 설치되는 마우스 링(10)을 대상으로 샘플링될 수 있다. 이때, 시편(20)은 마우스 링(10)의 일 단면에 해당하는 것으로, 시편 몸체(21)와 시편 몸체(21)의 측면에 형성된 돌출부(22)를 포함한다. 예컨대, 시편 몸체(21)는 도 2에서 볼 때 Z축 방향으로 연장 형성되고, 돌출부(22)는 X축 방향으로 연장 형성될 수 있다.
전단 강도 테스트 장치(100)는, 지그(110)와 가압부(130)를 포함한다.
지그(110)는 전단 강도 테스트 과정에서 시편(20)을 고정한다.
지그(110)에는 시편 몸체(21)를 수용하는 제 1 수용부(111)와 돌출부(22)를 수용하는 제 2 수용부(112)가 형성된다. 제 1 수용부(111)와 제 2 수용부(112)는 각각 시편 몸체(21)와 돌출부(22)의 형상에 상응하는 형상을 가진다.
지그(110)는 정면에서 볼 때 전체적으로 U자 형상을 가질 수 있다. 이 경우, 지그(110)는 전면과 후면 그리고 상면이 개방된 형태를 가진다.
예컨대, 시편(20)은 지그(110)의 개방된 전면 또는 후면을 통해 지그(110)에 삽입될 수 있다. 이 경우, 시편(20)은 지그(110)의 전후 방향, 즉 도 2에서 볼 때 -Y축 방향 또는 +Y축 방향으로 이동하여 지그(110)에 삽입된다.
대안적으로 시편(20)은 지그(110)의 개방된 상면을 통해 지그(110)에 삽입될 수 있다. 이 과정에서 시편(20)의 돌출부(22)가 지그(110)에 걸리는 것을 방지하기 위해, 지그(110)는 도 4와 같이 두 개의 몸체(110a, 110b), 예컨대 힌지축(115)에 의해 상호 결합된 제 1 지그 몸체(110a)와 제 2 지그 몸체(110b)를 포함한다. 참고로 도 4는 도 2에 도시된 지그의 일 변형례를 나타내는 도면이다.
도 4를 참조하면, 제 2 지그 몸체(110b)가 제 1 지그 몸체(110a)에 대해 시계 방향으로 회전하면 개방된 상면의 크기가 커져 시편(20)은 지그(110)와의 간섭없이 하측 방향, 즉 도 4에서 볼 때 -Z축 방향으로 이동하여 지그(110) 내부로 삽입된다.
이후, 제 2 지그 몸체(110b)는 제 1 지그 몸체(110a)에 대해 반시계 방향으로 회전하여 원위치로 복귀한다. 제 2 지그 몸체(110b)가 복귀하면 시편(20)은 제 1 수용부(111)와 제 2 수용부(112)에 수용된 상태로 지그(110)에 고정된다.
도 2를 참조하면, 가압부(130)는 지그(110)에 고정된 시편(20)에 가압력을 제공한다. 가압부(130)는 시편 몸체(21)에 대한 돌출부(22)의 돌출 방향에 수직한 방향, 예컨대 도 2에서 볼 때 -Z축 방향으로 시편 몸체(21)에 가압력을 제공한다.
가압부(130)는 가압 부재(131)와 액추에이터(133)를 포함한다. 가압 부재(131)는 시편 몸체(21)와 접촉한다. 가압 부재(131)는 도 2와 같이 U자 형상을 가질 수 있다. 이때, 가압 부재(131)는 시편 몸체(21)의 정면과 후면을 감싸며, 액추에이터(133)에서 제공된 가압력을 안정적으로 시편 몸체(21)에 전달한다.
액추에이터(133)는 가압 부재(131)에 가압력을 제공한다. 액추에이터(133)는 예컨대 공압 또는 유압 실린더일 수 있다. 액추에이터(133)가 가압 부재(131)에 도 2에서 볼 때 ?축 방향으로 가압력을 제공하면, 가압 부재(131)는 ?축 방향으로 시편 몸체(21)를 가압한다.
대안적으로, 가압 부재(131)는 시편 몸체(21)를 클램핑 할 수 있는 구조를 가질 수 있다. 가압 부재(131)가 시편 몸체(21)를 클램핑하는 경우 액추에이터(133)는 가압 부재(131)에 +Z축 방향으로 가압력을 제공할 수 있다. 이 경우, 가압 부재(131)는 +Z축 방향으로 시편 몸체(21)를 가압한다.
가압부(130)가 제공하는 가압력의 크기는 조절 가능하다. 가압부(130)가 가압력의 크기를 증가시키는 과정에서 가압력이 특정값에 도달하는 순간 돌출부(22)는 시편 몸체(21)로부터 파단된다. 돌출부(22)를 파단시키는 특정 가압력을 통해 시편(20)의 전단 강도가 평가될 수 있다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 전단 강도 테스트 장치(100)는 지그(110)에 고정된 시편 몸체(21)의 일부를 지지하는 지지 부재(150)를 더 포함할 수 있다. 지지 부재(150)는 시편 몸체(21) 중 돌출부(22)가 형성된 면의 반대면을 지그(110)에 대해 지지한다.
지지 부재(150)는 가압부(130)가 제공하는 가압력의 방향으로 이동 가능하다. 이때, 지지 부재(150)는 도 2 및 도 3과 같이 지그(110)에 슬라이딩 가능하게 지지될 수 있다. 또는 지지 부재(150)는 도시되지 않았으나 다른 부재에 슬라이딩 가능하게 지지될 수 있다.
지지 부재(150)가 지그(110)에 슬라이딩 가능하게 지지되는 경우, 지그(110)에는 지지 부재(150)가 슬라이딩 이동하기 위한 레일(160)이 형성될 수 있다. 이때 지지 부재(150)에는 레일(160)을 따라 슬라이딩 이동하기 위한 구조, 예컨대 레일 수용홈(153)이 형성될 수 있다.
레일(160)은 도 3에 도시된 바와 같이 제 2 수용부(112)와 대향하는 제 1 수용부(111)의 내측면에 형성될 수 있다. 또는 레일(160)은 도시되지 않았으나 지그(110)의 다른 부위에 형성될 수 있음은 물론이다.
본 실시예에 따르면 지지 부재(150)는 가압부(130)가 시편에 가압력을 제공하는 과정에서 시편 몸체(21) 중 돌출부(22)가 형성된 면의 반대면을 지지하며 가압력의 방향으로 이동 가능하다.
만약 위와 같은 지지 부재(150)가 없는 경우, 시편(20)의 전단 강도 테스트 과정에서 시편 몸체(21) 중 돌출부(22)가 형성된 면의 반대면이 지그(110)에 직접 접촉할 가능성이 있다. 이 경우, 시편 몸체(21)와 지그(110) 사이에 발생하는 마찰력으로 인해, 시편(20)의 전단 강도에 대한 부정확한 테스트가 수행될 가능성이 있다.
따라서 시편 몸체(21) 중 돌출부(22)가 형성된 면의 반대면을 지지하며 가압력의 방향으로 이동 가능한 지지 부재(150)를 사용하는 경우, 시편 몸체(21)와 지그(110) 사이에 발생하는 마찰력을 최소화하여 시편(20)에 대한 정확한 전단 강도 테스트가 수행될 수 있다.
이상, 본 발명의 실시예들에 대하여 설명하였으나, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서, 구성 요소의 부가, 변경, 삭제 또는 추가 등에 의해 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있을 것이며, 이 또한 본 발명의 권리범위 내에 포함된다고 할 것이다.
10 : 마우스 링 20 : 시편
21 : 시편 몸체 22 : 돌출부
100 : 전단 강도 테스트 장치 110 : 지그
111 : 제 1 수용부 112 : 제 2 수용부
130 : 가압부 131 : 가압 주재
133 : 액추에이터 150 : 지지 부재
153 : 레일 수용홈 160 : 레일

Claims (5)

  1. 시편 몸체와 상기 시편 몸체의 측면에 형성된 돌출부를 포함하는 시편의 전단 강도 테스트 장치로서,
    상기 시편 몸체를 수용하는 제 1 수용부와 상기 돌출부를 수용하는 제 2 수용부가 형성되고, 상기 시편을 고정시키는 지그; 및
    상기 시편 몸체에 대한 상기 돌출부의 돌출 방향에 수직한 방향으로 상기 시편 몸체에 가압력을 제공하는 가압부를 포함하는, 시편의 전단 강도 테스트 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 가압부는,
    상기 시편 몸체와 접촉하는 가압 부재; 및
    상기 가압 부재에 상기 가압력을 제공하는 액추에이터를 포함하는, 시편의 전단 강도 테스트 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 시편 몸체 중 상기 돌출부가 형성된 면의 반대면을 상기 지그에 대해 지지하고, 상기 가압력의 방향으로 이동 가능한 지지 부재를 더 포함하는, 시편의 전단 강도 테스트 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제 2 수용부와 대향하는 상기 제 1 수용부의 내측면에는 상기 지지 부재를 슬라이딩 이동시키기 위한 레일이 형성되는, 시편의 전단 강도 테스트 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 지그는,
    제 1 지그 몸체; 및
    힌지축에 의해 상기 제 1 지그 몸체와 결합되는 제 2 지그 몸체를 포함하는, 시편의 전단 강도 테스트 장치.
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