KR20170035719A - 인장압축시험용 좌굴방지 지그 - Google Patents

인장압축시험용 좌굴방지 지그 Download PDF

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Abstract

본 발명은 인장압축시험용 좌굴방지 지그에 관한 것으로, 보다 상세하게는 시편의 일면과 타면에 각각 위치하며, 시편의 압축 시, 시편의 좌굴을 방지하기 위한 한 쌍의 좌굴방지 지그는 시편의 일면과 타면에 각각 접촉하는 한 쌍의 대칭되는 본체부; 상기 각각의 본체부 상하 양 끝단부에 돌출되어 있으며, 시편의 압축 시, 좌굴방지 지그와 시편의 간극 부분에서 시편의 좌굴을 방지하기 위한 돌기부; 상기 시편의 양면과 접촉되는 상기 각각의 본체부 및 돌기부의 일면에 부착되어, 상기 본체부 및 돌기부와 시편 사이의 마찰력을 감소시키기 위한 마찰방지 테이프; 및 상기 각각의 본체부(210) 좌우 양 끝단부로부터 나란하게 연장되며, 볼트와 너트의 결합 위치를 제공함으로써, 상기 서로 대향하는 한 쌍의 본체부가 서로 체결될 수 있도록 하는 홀부; 등을 포함함으로써, 종래의 좌굴방지 지그에 비하여 시편과의 마찰을 줄이면서 L-형 좌굴을 방지함으로써, 보다 정확한 성형해석결과를 도출하여 자동차 부품 성형기술 정밀도 향상에 기여할 수 있는 효과 등이 있는 인장압축시험용 좌굴방지 지그에 관한 것이다.

Description

인장압축시험용 좌굴방지 지그{BUCKLING RESTRAINED JIG FOR TENSION AND COMPRESSION TEST}
본 발명은 인장압축시험용 좌굴방지 지그에 관한 것으로, 보다 상세하게는 인장압축시험 시 시편의 좌굴을 방지하기 위한 돌기부 등을 포함함으로써, 정확한 성형해석 결과를 도출하기 위한 좌굴방지 지그에 관한 것이다.
최근, 연비 규제 강화 및 배기가스 저감 등을 위해 자동차 경량화에 대한 노력이 지속적으로 이루어지고 있고, 이를 위해 자동차 업계에서는 약 590 MPa 이상의 강도를 갖는 초고장력강판을 차체에 확대 적용하고 있다.
하지만, 초고장력강판을 차체에 적용할 경우 과도한 스프링백 등에 의한 치수 불만족으로 인하여 양산성 확보에 어려움을 겪고 있다. 이러한 문제를 해결하기 위해 유한요소해석 등을 통해 스프링백을 사전에 예측하려는 연구가 진행되고 있다.
스프링백 예측 해석을 위해서는 해당 강판의 물성 데이터베이스를 구축하는 것이 선행되어야 하는데, 초고장력강의 경우 바우싱거 효과(Bauschinger effect), 전이 거동(Transition behavior) 등이 스프링백에 미치는 영향이 크므로 ‘인장-압축-인장 시험’을 통한 계수 추출이 필연적이다.
그러나, 박판 두께의 강판을 사용하여 인장시험과 압축시험을 반복하는 인장-압축-인장 시험에서는 길이방향의 강판 크기에 비하여 매우 작은 단면의 크기를 가지고 있어 압축시험 시 쉽게 좌굴이 발생하게 되어 측정값에 오차가 발생되는 문제점이 있었다.
이에 대한 해결책으로, 유압식 좌굴방지 장비’가 개발되었다. 시편을 상하 지그에 고정 후 시편 평형부에 좌굴방지 지그를 유압식으로 장착하는 방법이다. 이 장비의 경우 좌굴방지 효과가 뛰어나지만, 추가적인 장비 설치로 인해 비용이 많이 들고 시험 장비에 따라 설치가 불가한 경우도 있어 효용성이 떨어지는 단점이 있다.
또 다른 해결책으로, 인장-압축 시편에 간단히 부착하는 형식의 ‘탈부착형 좌굴방지 지그’가 개발되었다. 시편에 좌굴이 일어날 수 있는 부분에 지그를 부착 후 나사로 고정시키는 방식으로, 인장-압축 시험 중 상부와 하부가 별도로 움직이면서 시편의 좌굴을 방지한다.
그러나 이 탈부착형 좌굴방지 지그의 경우 상부 및 하부 지그가 이동하면서 지그와 시편 사이에 기본적으로 마찰이 발생되고, 특히 시편과 접촉하는 지그의 면적이 과대하여 시편과 지그의 마찰이 과도하게 일어나 정확한 인장-압축물성을 얻기에 부적합하다.
이에 본 발명자는 인장-압축-인장 시험에 있어서, 시편과 지그의 마찰을 최소화하고, 시편의 좌굴을 방지할 수 있는 인장압축시험용 좌굴방지 지그를 개발하고자 하였다.
등록특허공보 제10-0940655호 (2010.01.28. 등록) 등록특허공보 제10-1132003호 (2012.03.23. 등록) 등록특허공보 제10-1371759호 (2014.03.03. 등록)
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 창안된 것으로, 본 발명의 목적은 시편과의 마찰을 최소화함과 아울러 시편의 좌굴을 방지함에 의하여 인장압축시험에서 정확한 성형해석 결과를 도출할 수 있는 인장압축시험용 좌굴방지 지그를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 시편의 일면과 타면에 각각 위치하며, 시편의 압축 시, 시편의 좌굴을 방지하기 위한 한 쌍의 좌굴방지 지그는 시편의 일면과 타면에 각각 접촉하는 한 쌍의 대칭되는 본체부; 상기 각각의 본체부 상하 양 끝단부에 돌출되어 있으며, 시편의 압축 시, 좌굴방지 지그와 시편의 간극 부분에서 시편의 좌굴을 방지하기 위한 돌기부; 상기 시편의 양면과 접촉되는 상기 각각의 본체부 및 돌기부의 일면에 부착되어, 상기 본체부 및 돌기부와 시편 사이의 마찰력을 감소시키기 위한 마찰방지 테이프; 및 상기 각각의 본체부(210) 좌우 양 끝단부로부터 나란하게 연장되며, 볼트와 너트의 결합 위치를 제공함으로써, 상기 서로 대향하는 한 쌍의 본체부가 서로 체결될 수 있도록 하는 홀부; 등을 포함하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 좌굴방지 지그의 두께는 시편 두께의 약 3배 이상인 것이 바람직하고, 상기 홀부의 두께는 좌굴방지 지그의 두께의 약 1/2 이상인 것이 바람직하다.
또한, 상기 돌기부의 길이는 좌굴방지 지그 전체 길이의 약 1/10 이상인 것이 바람직하고, 상기 좌굴방지 지그의 로크웰 경도는 HRC 42 이상인 것이 바람직하다.
상술한 바와 같이, 상기와 같은 구성을 가지는 본 발명은 유압식 좌굴방지 지그처럼 구조가 복잡하지 않고, 장비에 따라 설치가 불가능 하지 않으면서도, 시편의 좌굴을 방지하여 초고장력강판의 정확한 인장 및 압축 물성을 도출할 수 있으며, 좌굴방지 지그의 상하 양 끝단부에 사다리꼴 모양의 단면을 가진 돌기부로 인하여, 종래의 좌굴방지 지그에 비하여 시편과의 마찰을 줄이면서 L-형 좌굴을 방지함으로써, 보다 정확한 성형해석결과를 도출하여 자동차 부품 성형기술 정밀도 향상에 기여할 수 있는 효과 등이 있다.
도 1은 본원발명에 따른 한 쌍의 좌굴방지 지그와 시편 그리고 볼트 및 너트의 결합위치를 보여주는 도면이다.
도 2는 좌굴방지 지그의 평면도와 측면도를 보여주는 도면이다.
도 3은 본원발명에 따른 좌굴방지 지그를 적용한 시험 전 좌굴방지 지그 및 시편의 사진이다.
도 4는 좌굴방지 지그에 좌굴이 발생한 것을 보여주는 사진이다.
도 5는 본원발명에 따른 좌굴방지 지그를 적용하고 인장압축시험을 실시 후 L-형 좌굴이 발생하지 않은 시편의 사진이다.
도 6 및 도 7은 시편에 발생한 L-형 좌굴을 보여주는 사진이다.
도 8은 시편의 그립부를 보여주는 사진이다.
도 9는 비교예와 실시예의 인장강도 약 1,180 MPa급 강판에 대한 인장압축시험 결과를 나타낸 그래프이다.
도 10은 비교예와 실시예의 인장강도 약 1,470 MPa급 강판에 대한 인장압축시험 결과를 나타낸 그래프이다.
본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
이하, 본 발명을 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 본 발명은 초고장력강판 등의 인장압축시험에서 압축하중에 의한 시편의 좌굴을 방지하기 위한 인장압축시험용 좌굴방지 지그에 관한 것이다.
도 1은 본원발명에 따른 한 쌍의 좌굴방지 지그와 시편 그리고 볼트 및 너트의 결합위치를 보여주는 도면이고, 도 2는 좌굴방지 지그의 평면도와 측면도를 보여주는 도면이고, 도 3은 본원발명에 따른 좌굴방지 지그를 적용한 시험 전 좌굴방지 지그 및 시편의 사진이고, 도 4는 좌굴방지 지그에 좌굴이 발생한 것을 보여주는 사진이다.
상기 도 1, 도 2 및 도 3에 도시되어 있듯이, 시편(100)의 일면과 타면에 각각 위치하며, 시편의 압축 시, 시편의 좌굴을 방지하기 위한 한 쌍의 좌굴방지 지그(200)는 시편(100)의 일면과 타면에 각각 접촉하는 한 쌍의 대칭되는 본체부(210); 상기 각각의 본체부(210) 상하 양 끝단부에 돌출되어 있으며, 시편의 압축 시, 좌굴방지 지그(200)와 시편(100)의 간극 부분에서 시편(100)의 좌굴을 방지하기 위한 돌기부(220); 상기 시편(100)의 양면과 접촉되는 상기 각각의 본체부(210) 및 돌기부(220)의 일면에 부착되어, 상기 본체부(210) 및 돌기부(220)와 시편(100) 사이의 마찰력을 감소시키기 위한 마찰방지 테이프(300); 및 상기 각각의 본체부(210) 좌우 양 끝단부로부터 나란하게 연장되며, 볼트(400)와 너트(410)의 결합 위치를 제공함으로써, 상기 서로 대향하는 한 쌍의 본체부(210)가 서로 체결될 수 있도록 하는 홀부(230); 등을 포함하는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 좌굴방지 지그(200)의 두께(a)는 시편(100) 두께(b)의 약 3배 이상인 것이 바람직하다. 만약, 상기 좌굴방지 지그(200)의 두께(a)가 시편 두께(b)의 약 3배 미만일 경우, 예를 들어, 도 4에 도시된 바와 같이 좌굴방지 지그(200)의 두께(a)가 약 6mm이고, 시편(100)의 두께(b)가 약 2.2mm일 경우, 인장압축시험 중 인장강도가 980MPa 이상의 시편(100)인 초고장력강의 높은 강도를 견디지 못하고 좌굴방지 지그(200) 자체가 좌굴될 수 있다.
또한, 상기 홀부(230)의 두께(c)는 좌굴방지 지그(200)의 두께(a)의 약 1/2 이상인 것이 바람직하다. 만약, 상기 홀부의 두께(c)가 좌굴방지 지그의 두께(a)의 약 1/2 미만일 경우, 인장압축시험 시 초고장력강인 시편(100)의 좌굴을 좌굴방지 지그(200)가 견디지 못하고, 좌굴방지 지그(200) 자체도 좌굴될 수 있다. 또는 좌굴된 시편(100)에 의해 볼트(400)와 너트(410)가 결합된 홀부(230)가 휘어지거나 파손될 수 있다.
한편, 도 5는 본원발명에 따른 좌굴방지 지그(200)를 적용하고 인장압축시험을 실시 후 L-형 좌굴이 발생하지 않은 시편(100)의 사진이고, 상기 도 5와 달리 도 6 및 도 7은 시편(100)에 발생한 L-형 좌굴(500)을 보여주는 사진이다.
상기 도면에 도시된 바와 같이, L-형 좌굴(500)은 좌굴방지 지그(200)와 시편(100)의 간극 사이에서 발생하고, 이와 같은 시편(100)의 L-형 좌굴(500)을 방지하기 위하여, 좌굴방지 지그(200)가 돌기부(220)를 포함하는데, 상기 돌기부(220)는 특정한 범위의 길이를 가지며, 사다리꼴 모양 등의 단면을 가지는 것이 바람직하다.
보다 구체적으로, 상기 돌기부(220)의 길이(d)는 좌굴방지 지그(200) 전체 길이(e)의 약 1/10 이상이며, 시편의 그립부를 도시한 도 8과 같이 상기 돌기부(220)의 길이(d)는 인장압축시험 장치가 결합할 수 있는 시편의 그립부 길이(f)의 약 1/3 이하인 것이 바람직하다.
만약, 상기 돌기부(220)의 길이(d)가 좌굴방지 지그(200) 전체 길이(e)의 약 1/10 미만일 경우, 지나치게 짧은 돌기부(220)의 길이로 인하여 L-형 좌굴의 발생을 억제하지 못하여 시편에 L-형 좌굴이 발생한다.
반면, 상기 돌기부(220)의 길이(d)가 시편의 그립부 길이(f)의 약 1/3 초과일 경우, 인장압축시험에 부정적인 영향을 줄 수 있는 마찰 및 마찰열이 발생할 수 있다. 또한, 좌굴방지 지그(200)가 결합하는 시편(100)과 인장압축시험 장치가 결합할 수 있는 시편의 그립부 사이의 거리가 더욱 멀어지게 되므로, L-형 좌굴이 발생할 수 있는 범위가 증가하여, 결과적으로 L-형 좌굴의 발생 빈도를 증가시킬 수 있다.
한편, 인장강도가 590MPa급 이상인 초고장력강판을 고려하면, 상기 좌굴방지 지그(200)의 로크웰 경도는 약 HRC 42 이상인 것이 바람직하다. 또한, 상기 마찰방지 테이프(300)는 인장압축시험 시 시편(100)과 좌굴방지 지그(200) 사이의 마찰을 최소화하는 역할을 합니다.
이를 위하여 상기 마찰방지 테이프(300)의 일면은 접착성이 있어 좌굴방지 지그(200)에 접착될 수 있으며, 상기 마찰방지 테이프(300)의 타면은 접착성이 없고 마찰력이 낮아, 상기 좌굴방지 지그(200)와 시편 사이의 마찰을 최소화시킬 수 있습니다. 상기 마찰방지 테이프(300)는 당업계에 공지된 어떠한 것도 이용될 수 있으며, 테플론 재질 계열 등인 것이 바람직합니다.
[실시예]
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 한다. 이들 실시예는 오로지 본 발명을 예시하기 위한 것으로서, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 제한되는 것으로 해석되지 않는 것은 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.
본 발명에 따른 좌굴방지 지그의 효과를 확인하기 위하여, 현재 자동차에 적용되고 잇는 강판 중 인장강도가 가장 높은 약 1,180 MPa급 강판과 약 1,470 MPa급 강판을 이용하여 시편을 제작 후, 실시예로서 본 발명에 따른 좌굴방지 지그를 적용하여 인장압축시험을 실시하였으며, 비교예로서 종래기술인 탈부착형 좌굴방지 지그를 적용하여 인장압축시험을 실시하였다.
이때, 실시예와 비교예의 인장-압축 속도는 모두 약 0.0003/sec였다. 상기 약 0.0003/sec는 변형속도(strain rate)로서, 시편의 길이가 1초당 약 0.03% 늘어나는 것을 의미하여, 절대속도(cross head speed)로 변환하면 약 0.0045mm/sec가 된다.
도 9는 비교예와 실시예의 인장강도 약 1,180 MPa급 강판에 대한 인장압축시험 결과를 나타낸 그래프이며, 도 10은 비교예와 실시예의 인장강도 약 1,470 MPa급 강판에 대한 인장압축시험 결과를 나타낸 그래프이다.
상기 도 9 및 도 10을 통해 알 수 있듯이, 인장강도 약 1,180 MPa급 강판 및 인장강도 약 1,470 MPa급 강판에서 인장력과 압축력이 모두 실시예보다 비교예가 높게 나왔다.
이와 같은 결과는 좌굴방지 지그와 시편간 마찰이 거의 없는 실시예와 달리, 비교예의 경우는 종래 탈부착형 좌굴방지 지그와 시편간 마찰에 의하여, 시편의 인장력과 압축력이 실제보다 높게 나왔기 때문이다.
따라서, 본 발명에 다른 좌굴방지 지그를 적용하여 시편의 인장압축시험을 실시하면, 종래기술을 적용하였을 경우보다 인장력과 압축력이 더 정확하게 측정될 수 있다는 것을 확인할 수 있었다.
이상 본 발명의 구체적 실시형태와 관련하여 본 발명을 설명하였으나 이는 예시에 불과하며 본 발명은 이에 제한되지 않는다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 설명된 실시형태를 변경 또는 변형할 수 있으며, 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능하다.
100: 시편 a: 좌굴방지 지그의 두께
200: 좌굴방지 지그 b: 시편의 두께
210: 본체부 c: 홀부의 두께
220: 돌기부 d: 돌기부의 길이
230: 홀부 e: 좌굴방지 지그 전체 길이
300: 마찰방지 테이프 f: 시편의 그립부 길이
400: 볼트
410: 너트
500: L-형 좌굴

Claims (5)

  1. 시편(100)의 일면과 타면에 각각 위치하며, 시편의 압축 시, 시편의 좌굴을 방지하기 위한 한 쌍의 좌굴방지 지그(200)는 시편(100)의 일면과 타면에 각각 접촉하는 한 쌍의 대칭되는 본체부(210);
    상기 각각의 본체부(210) 상하 양 끝단부에 돌출되어 있으며, 시편의 압축 시, 좌굴방지 지그(200)와 시편(100)의 간극 부분에서 시편(100)의 좌굴을 방지하기 위한 돌기부(220);
    상기 시편(100)의 양면과 접촉되는 상기 각각의 본체부(210) 및 돌기부(220)의 일면에 부착되어, 상기 본체부(210) 및 돌기부(220)와 시편(100) 사이의 마찰력을 감소시키기 위한 마찰방지 테이프(300); 및
    상기 각각의 본체부(210) 좌우 양 끝단부로부터 나란하게 연장되며, 볼트(400)와 너트(410)의 결합 위치를 제공함으로써, 상기 서로 대향하는 한 쌍의 본체부(210)가 서로 체결될 수 있도록 하는 홀부(230);를 포함하는 것을 특징으로 하는 좌굴방지 지그.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 좌굴방지 지그(200)의 두께(a)는 시편(100) 두께(b)의 3배 이상인 것을 특징으로 하는 좌굴방지 지그.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 홀부(230)의 두께(c)는 좌굴방지 지그(200)의 두께(a)의 1/2 이상인 것을 특징으로 하는 좌굴방지 지그.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 돌기부(220)의 길이(d)는 좌굴방지 지그(200) 전체 길이(e)의 1/10 이상인 것을 특징으로 하는 좌굴방지 지그.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 좌굴방지 지그(200)의 로크웰 경도는 HRC 42 이상인 것을 특징으로 하는 좌굴방지 지그.
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