KR20190070966A - 응력 시험용 지그 및 응력 시험 방법 - Google Patents

응력 시험용 지그 및 응력 시험 방법 Download PDF

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고이치 구로다
다이사쿠 야나가
유헤이 스즈키
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닛폰세이테츠 가부시키가이샤
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Abstract

응력 시험용 지그(10)는, 상측 실린더(12)와, 하측 실린더(14)와, 프레임(16)을 구비한다. 프레임(16)은, 수용 공간(16a), 상측 관통 구멍(16b), 및 하측 관통 구멍(16c)을 갖는다. 수용 공간(16a)에 시험편(20)이 배치되고, 상측 관통 구멍(16b)에 상측 실린더(12)가 삽입되고, 하측 관통 구멍(16c)에 하측 실린더(14)가 삽입된다. 상측 실린더(12) 및 하측 실린더(14)는, 시험편(20), 상측 실린더(12) 및 하측 실린더(14)가 동축 상에 위치하도록, 시험편(20)을 고정한다.

Description

응력 시험용 지그 및 응력 시험 방법
본 발명은, 응력 시험용 지그 및 응력 시험 방법에 관한 것이며, 특히, 봉형상 시험편의 응력 시험에 바람직하게 이용할 수 있는 지그 및 시험 방법에 관한 것이다.
유정 및 가스정(본 명세서에 있어서, 유정 및 가스정을 총칭하여 「유정」이라 부름)에는, 유정관이 이용된다. 유정은 부식 환경을 갖는다. 그 때문에, 유정관은 내식성이 요구된다. 유정관의 종류에는, 케이싱과 튜빙이 있다. 케이싱은, 갱정에 삽입된다. 케이싱과 갱벽 사이에 시멘트가 충전되고, 케이싱은 갱 내에 고정된다. 튜빙은 케이싱 내에 삽입되고, 기름 및 가스 등의 생산 유체를 통과시킨다. 유정관은 내식성과 함께, 높은 강도도 요구된다. 유정관의 강도 그레이드는 일반적으로, 관축방향의 인장 항복 강도로 정의된다. 유정관의 수요자는, 굴착의 대상이 되는 유정의 환경(지층 압력, 생산 유체의 온도, 및 생산 유체의 압력)을, 시굴 또는 지질 조사 등을 행하여 산출해, 내용(耐用) 가능한 강도 그레이드의 유정관을 선택한다. 근년에는 깊은 유정화가 진행되어, 높은 인장 항복 강도뿐만 아니라, 높은 압축 항복 강도도 요구된다. 그래서, 유정관에 대해서는, 인장 응력 및 압축 응력이 발생했을 때의 변형 거동을 파악하기 위한 시험이 미리 행해지고 있다.
압축 응력이 발생했을 때의 강재의 변형 거동을 파악하기 위한 시험으로는, 예를 들면, ASTM E9-09에 있어서 제정된 압축 시험을 들 수 있다. 이 압축 시험에서는, 원기둥 형상의 시험편의 상단면 및 하단면이, 평탄한 압축 지그로 눌린다. 이에 의해, 시험편에 압축 응력을 발생시킬 수 있다.
그런데, 강재의 압축 시험에서는, 시험편의 좌굴이 문제가 된다. 예를 들면, 상술한 ASTM E9-09에 있어서 제정된 압축 시험에서는, 시험편을 압압(押壓)하는 압축 지그의 압압면의 평면도가 저하하면, 시험편의 축방향에 대해, 압축 지그의 압압 방향이 기우는 경우가 있다. 이에 의해, 시험편의 좌굴이 발생하는 경우가 있다.
그래서, 상기와 같은 좌굴을 방지하기 위한 지그가 제안되고 있다. 예를 들면, 특허 문헌 1에 개시된 응력 시험 지그는, 시험편의 상단부를 유지하는 플랜지(이하, 상측 플랜지라고 한다.)와, 시험편의 하단부를 유지하는 플랜지(이하, 하측 플랜지라고 한다.)와, 상측 플랜지가 고정되는 상측 고정 부재와, 하측 플랜지가 고정되는 하측 고정 부재와, 상측 고정 부재를 상하로 관통하는 2개의 가이드재를 갖고 있다.
특허 문헌 1에 개시된 응력 시험 지그에서는, 상측 고정 부재가 상하로 이동함으로써, 상측 플랜지가 상하로 이동한다. 이에 의해, 상측 플랜지에 유지된 시험편에, 압축 응력 및 인장 응력을 발생시킬 수 있다. 또, 특허 문헌 1의 응력 시험 지그에서는, 가이드재에 따라서 상측 고정 부재를 상하로 이동시킬 수 있으므로, 상측 고정 부재가 상하로 이동할 때에, 상측 고정 부재가 기우는 것을 억제할 수 있다. 이에 의해, 가이드재에 고정된 상측 플랜지가 기우는 것을 억제할 수 있으므로, 시험편에 대한 압축 하중 및 인장 하중의 부하 방향이, 시험편의 축방향에 대해 기우는 것을 억제할 수 있다. 이 결과, 좌굴의 발생을 억제할 수 있다.
또, 특허 문헌 2에는, 압축 시험편 좌굴 방지 지그가 개시되어 있다. 특허 문헌 2에 개시된 지그에서는, 시험편의 평행부를 복수의 부재로 포위함으로써, 평행부에 구부러짐이 발생하는 것을 저지하고 있다.
일본국 특허 공개 2008-241530호 공보 일본국 실용 공개 소 61-102851호 공보
그런데, 특허 문헌 1의 지그에서는, 시험편의 상단부를 유지하는 상측 플랜지를, 나사 등에 의해서 상측 고정 부재에 고정해야 한다. 이 때문에, 상측 플랜지와 상측 고정 부재의 조립 정밀도를 충분히 향상시키지 않으면, 가이드재에 의해서 상측 고정 부재의 기울어짐을 억제할 수 있었다고 해도, 상측 플랜지가 기우는 경우가 있다. 이에 의해, 시험편에 대한 압축 하중 및 인장 하중의 부하 방향이 기울어, 좌굴의 발생을 충분히 억제할 수 없을 우려가 있다.
한편, 특허 문헌 2의 지그는, 상술한 바와 같이, 시험편의 평행부를 포위하도록 구성되어 있다. 이 때문에, 특허 문헌 2의 지그를 이용한 경우, 평행부의 신장을 측정하기 위한 신장계를, 평행부에 장착할 수 없다. 이 경우, 시험편에 발생하는 응력과 변형의 관계를 정밀하게 조사할 수 없다. 즉, 금속 재료의 응력과 변형의 관계를 적절히 평가할 수 없다.
또, 특허 문헌 2의 구성에서는, 시험편의 평행부와 지그가 접촉하는 것이 생각된다. 이 경우, 시험편의 평행부가 지그에 접촉함으로써, 지그로부터 평행부에 힘이 가해지므로, 응력과 변형의 관계를 정밀하게 조사할 수 없다.
본 발명은, 이러한 문제를 해결하기 위해서 이루어진 것이며, 평행부의 주위를 덮지 않고 시험편의 좌굴을 억제할 수 있는, 응력 시험용 지그 및 응력 시험 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은, 하기의 응력 시험용 지그 및 응력 시험 방법을 요지로 한다.
(1) 상하 방향으로 연장되도록 배치된 봉형상의 시험편에 대해 압축 하중 및 인장 하중 중 적어도 한쪽을 부여하는 응력 시험기에 있어서 사용되는 지그로서,
하단부에 상기 시험편의 상단부를 고정 가능한 상측 실린더와,
상단부에 상기 시험편의 하단부를 고정 가능한 하측 실린더와,
상기 상측 실린더 및 상기 하측 실린더가 삽입되는 프레임을 구비하고,
상기 상측 실린더 및 상기 하측 실린더는, 상기 시험편, 상기 상측 실린더 및 상기 하측 실린더가 동축 상에 위치하도록 상기 시험편을 고정 가능하고,
상기 프레임은, 당해 프레임을 수평 방향으로 관통하고 또한 상기 시험편을 수용 가능한 수용 공간과, 당해 프레임을 관통하도록 상기 수용 공간으로부터 상방으로 연장되고 또한 상기 상측 실린더를 삽입 가능한 상측 관통 구멍과, 상기 상측 관통 구멍과 동축 상에 있어서 당해 프레임을 관통하도록 상기 수용 공간으로부터 하방으로 연장되고 또한 상기 하측 실린더를 삽입 가능한 하측 관통 구멍을 갖는, 응력 시험용 지그.
(2) 상기 응력 시험기는, 상하 방향으로 이동 가능하게 설치된 크로스 헤드와, 상기 크로스 헤드의 하방에 설치된 지지부를 구비하고,
상기 프레임은, 상기 수용 공간의 하방에 설치되고 또한 상기 응력 시험기의 상기 지지부에 지지되는 평탄면을 갖고,
상기 상측 실린더의 상단부는, 상기 크로스 헤드에 연결 가능하게 구성되고,
상기 하측 실린더의 하단부는, 상기 지지부에 연결 가능하게 구성되는, 상기 (1)의 응력 시험용 지그.
(3) 상기 상측 실린더의 하단부는, 상기 시험편의 상단부를 비틀어 넣음으로써 상기 시험편의 상단부를 고정할 수 있도록 구성되고,
상기 하측 실린더의 상단부는, 상기 시험편의 하단부를 비틀어 넣음으로써 상기 시험편의 하단부를 고정할 수 있도록 구성되어 있는, 상기 (1) 또는 (2)의 응력 시험용 지그.
(4) 상하 방향으로 이동 가능하게 설치된 크로스 헤드 및 상기 크로스 헤드의 하방에 설치된 지지부를 구비한 응력 시험기를 이용하여, 봉형상의 시험편에 대해 압축 하중 및 인장 하중 중 적어도 한쪽을 부여하는 응력 시험 방법으로서,
상기 지지부 상에 배치된 상기 (1) 내지 (3) 중 어느 하나의 응력 시험용 지그에 상기 시험편을 장착함과 더불어, 상기 응력 시험용 지그의 상기 상측 실린더에 상기 크로스 헤드를 연결하여, 상기 크로스 헤드를 상하 방향으로 이동시켜 상기 시험편에 대해 압축 하중 및 인장 하중 중 적어도 한쪽을 부여하는, 응력 시험 방법.
본 발명에 의하면, 평행부의 주위를 덮지 않고 시험편의 좌굴을 억제할 수 있다. 이에 의해, 금속 재료의 응력과 변형의 관계를 적절히 평가할 수 있다.
도 1은, 본 발명의 일 실시형태에 따른 응력 시험용 지그를 나타내는 정면도이다.
도 2는, 프레임을 나타내는 도면이며, (a)는 정면도, (b)는 바닥면도이다.
도 3은, 시험편의 일례를 나타내는 도면이다.
도 4는, 지그가 장착된 응력 시험기를 나타내는 도면이다.
도 5는, 파지 부재가 장착된 프레임을 나타내는 도면이며, (a)는 정면도, (b)는 바닥면도이다.
도 6은, 실시예에 있어서의 조사 결과(응력과 변형의 관계)를 나타내는 도면이다.
이하, 본 발명의 일 실시형태에 따른 응력 시험용 지그 및 그것을 이용한 응력 시험 방법에 대해서 상세하게 설명한다. 후술하는 바와 같이, 본 실시형태에 따른 응력 시험용 지그는, 상하 방향으로 연장되도록 배치된 봉형상의 시험편에 대해 압축 하중 및 인장 하중 중 적어도 한쪽을 부여할 수 있는 응력 시험기에 있어서 사용된다.
도 1은, 본 발명의 일 실시형태에 따른 응력 시험용 지그를 나타내는 정면도이다. 도 1을 참조하여, 본 실시형태에 따른 응력 시험용 지그(10)(이하, 지그(10)라고 기재한다.)는, 상측 실린더(12)와, 하측 실린더(14)와, 프레임(16)을 구비하고 있다. 상측 실린더(12), 하측 실린더(14) 및 프레임(16)은 각각, 예를 들면, 금속으로 이루어진다.
상측 실린더(12)는, 예를 들면, 원기둥 형상 또는 원통 형상을 갖고 있다. 상측 실린더(12)의 상단부에는, 상측 실린더(12)의 경방향에 관통하는 관통 구멍(12a)이 형성되어 있다. 관통 구멍(12a)에는, 후술하는 연결핀(52)(도 4 참조)이 삽입된다. 상측 실린더(12)의 하단부에는, 나사 구멍(12b)이 형성되어 있다. 나사 구멍(12b)은, 상측 실린더(12)의 하면(12c)에 있어서 개구되도록, 상측 실린더(12)의 하면(12c)으로부터 상방으로 연장되도록 형성되어 있다.
하측 실린더(14)는, 예를 들면, 원기둥 형상 또는 원통 형상을 갖고 있다. 하측 실린더(14)의 하단부에는, 하측 실린더(14)의 경방향에 관통하는 관통 구멍(14a)이 형성되어 있다. 관통 구멍(14a)에는, 후술하는 연결핀(50)(도 4 참조)이 삽입된다. 하측 실린더(14)의 상단부에는, 나사 구멍(14b)이 형성되어 있다. 나사 구멍(14b)은, 하측 실린더(14)의 상면(14c)에 있어서 개구되도록, 하측 실린더(14)의 상면(14c)으로부터 하방으로 연장되도록 형성되어 있다.
도 2는, 프레임(16)을 나타내는 도면이며, (a)는 정면도, (b)는 바닥면도이다. 도 1 및 도 2를 참조하여, 프레임(16)은, 폐단면 형상을 갖고 있다. 본 실시형태에서는, 프레임(16)은, 수용 공간(16a)과, 상측 관통 구멍(16b)과, 하측 관통 구멍(16c)과, 수용 공간(16a)의 하방에 설치되는 평탄면(16d)을 갖고 있다.
수용 공간(16a)은, 프레임(16)을 수평 방향으로 관통하도록 형성되어 있다. 수용 공간(16a)은, 바꿔 말하면, 프레임(16)을 수평 방향으로 관통하는 관통 구멍이다. 본 실시형태에서는, 수용 공간(16a)은, 정면에서 봤을 때 대략 직사각 형상을 갖고, 프레임(16)의 중앙부에 형성되어 있다. 수용 공간(16a)에는, 후술하는 시험편(20)이 수용된다.
수용 공간(16a)의 상하 방향에 있어서의 길이 W1은, 예를 들면, 100mm 이상 200mm 이하로 설정된다. 길이 W1을 100mm 이상으로 설정함으로써, 후술하는 시험편(20)을 지그(10)에 장착할 때의 작업성, 및 후술하는 신장계(30)를 시험편(20)에 장착할 때의 작업성이 향상된다. 한편, 길이 W1을 200mm 이하로 설정함으로써, 시험편(20)의 좌굴을 보다 효과적으로 억제할 수 있다. 정면에서 봤을 때, 수용 공간(16a)의 수평 방향에 있어서의 폭 W2는, 예를 들면, 100mm 정도로 설정된다.
도 1 및 도 2를 참조하여, 상측 관통 구멍(16b) 및 하측 관통 구멍(16c)은, 프레임(16)을 관통하도록 형성되어 있다. 구체적으로는, 상측 관통 구멍(16b)은, 수용 공간(16a)으로부터 상방으로 연장되도록 형성되고, 하측 관통 구멍(16c)은, 수용 공간(16a)으로부터 하방으로 연장되도록 형성되어 있다. 상측 관통 구멍(16b)과 하측 관통 구멍(16c)은 동축 상에 형성되어 있다.
프레임(16)의 수평 방향으로 연장되는 단면(즉, 상하 방향에 수직인 단면)에 있어서, 상측 관통 구멍(16b) 및 하측 관통 구멍(16c)은 각각 원형상을 갖고 있다. 도 1을 참조하여, 상측 관통 구멍(16b)에 상측 실린더(12)가 삽입되고, 하측 관통 구멍(16c)에 하측 실린더(14)가 삽입된다. 상측 관통 구멍(16b)과 상측 실린더(12)의 클리어런스 및 하측 관통 구멍(16c)과 하측 실린더(14)의 클리어런스는 각각, 예를 들면, 0.3mm 이하로 설정되고, 바람직하게는 0.1mm 이하로 설정된다.
도 2를 참조하여, 상측 관통 구멍(16b)의 상하 방향에 있어서의 길이 C1과, 상측 관통 구멍(16b)의 직경 D1은, 하기의 (1)식을 만족하도록 설정되는 것이 바람직하고, 하측 관통 구멍(16c)의 상하 방향에 있어서의 길이 C2와, 하측 관통 구멍(16c)의 직경 D2는, 하기의 (2)식을 만족하도록 설정되는 것이 바람직하다. 또한, 길이 C1과 직경 D1이, 하기의 (3)식을 만족하도록 설정되는 것이 보다 바람직하고, 길이 C2와 직경 D2가, 하기의 (4)식을 만족하도록 설정되는 것이 보다 바람직하다.
C1/D1≥1.1 …(1)
C2/D2≥1.1 …(2)
C1/D1≥3.0 …(3)
C2/D2≥3.0 …(4)
또한, 본 실시형태에서는, 프레임(16)은, 정면에서 봤을 때 직사각 형상을 갖고 있다. 프레임(16)의 상하 방향에 있어서의 길이 L은, 예를 들면, 550mm 정도로 설정되고, 수평 방향에 있어서의 폭 A는, 예를 들면, 130mm 정도로 설정되고, 두께 T는, 예를 들면, 50mm 정도로 설정된다.
도 3은, 지그(10)에 장착되는 시험편의 일례를 나타내는 도면이다. 도 3에 나타낸 바와 같이, 본 실시형태에서는, 봉형상(환봉)의 시험편(20)이 이용된다. 시험편(20)의 상단부(20a) 및 하단부(20b)에는 각각, 나사홈이 형성되어 있다. 시험편(20)의 좌굴을 억제하는 관점에서, 평행부(20c)의 길이 B와, 평행부(20c)의 직경 d는, 예를 들면, 하기의 (5)식을 만족하도록 설정되는 것이 바람직하다.
2.5≤B/d≤3.5 …(5)
도 1 및 도 3을 참조하여, 본 실시형태에서는, 시험편(20)의 상단부(20a)가, 상측 실린더(12)의 나사 구멍(12b)에 비틀어 넣어지고, 시험편(20)의 하단부(20b)가 하측 실린더(14)의 나사 구멍(14b)에 비틀어 넣어진다. 이에 의해, 상측 실린더(12) 및 하측 실린더(14)와 시험편(20)이 고정된다. 본 실시형태에서는, 상측 실린더(12) 및 하측 실린더(14)는, 시험편(20), 상측 실린더(12) 및 하측 실린더(14)가 동축 상에 위치하도록, 시험편(20)을 고정한다. 시험편(20)의 평행부(20c)에는, 후술하는 응력 시험에 있어서, 평행부(20c)의 연장을 계측하기 위한 신장계(30)가 장착된다. 신장계(30)로는, 공지의 다양한 신장계를 이용할 수 있으므로, 상세한 설명은 생략한다.
다음에, 상기 지그(10)를 이용한 응력 시험 방법에 대해서 설명한다. 도 4는, 본 실시형태에 따른 응력 시험 방법을 실시할 때에 이용되는 응력 시험기를 나타내는 도면이다. 또한, 응력 시험기로는, 공지의 다양한 시험기를 이용할 수 있으므로, 응력 시험기에 대해서는 간단하게 설명한다.
도 4를 참조하여, 본 실시형태에 따른 응력 시험 방법에 이용되는 응력 시험기(40)는, 본체부(40a)와, 수평 방향으로 연장되고 또한 상하 방향으로 이동 가능하게 본체부(40a)에 지지되는 크로스 헤드(40b)와, 크로스 헤드(40b)의 하방에 설치된 지지 로드(40c)를 구비한다. 크로스 헤드(40b)는, 도시하지 않은 구동 장치에 의해서 상하로 이동된다. 본 실시형태에서는, 지지 로드(40c)가, 프레임(16)의 평탄면(16d)을 지지하는 지지부에 대응한다.
응력 시험을 실시할 때에는, 예를 들면, 상기와 같이 하여 시험편(20)이 장착된 지그(10)의 프레임(16)을, 응력 시험기(40) 위에 둔다. 구체적으로는, 프레임(16)의 평탄면(16d)이 지지 로드(40c)의 상면에 지지되도록, 지그(10)를 설치한다. 또한, 본 실시형태에서는, 프레임(16)은, 자중에 의해서 응력 시험기(40)의 지지 로드(40c)에 지지되고 있다. 상측 실린더(12) 및 하측 실린더(14)가 프레임(16)에 접촉하고 있지 않은 상태에서는, 응력 시험기(40)(크로스 헤드(40b))로부터 프레임(16)에 대해, 하방으로 하중이 부여되는 일은 없다.
상세한 설명은 생략하는데, 지지 로드(40c)는, 하측 실린더(14)의 하단부가 삽입 가능하게 구성되어 있다. 본 실시형태에서는, 지지 로드(40c)와 하측 실린더(14)가, 연결핀(50)에 의해서 연결된다.
상측 실린더(12)의 상단부는, 연결 로드(42)에 삽입되고 또한 연결핀(52)에 의해서 연결 로드(42)에 연결된다. 연결 로드(42)는, 로드 셀(44)을 개재하여 크로스 헤드(40b)에 장착되어 있다. 이러한 구성에 의해, 상측 실린더(12)와 크로스 헤드(40b)가 연결된다.
상기와 같이 하여, 지그(10)에 시험편(20)을 장착함과 더불어, 상측 실린더(12)에 크로스 헤드(40b)를 연결한 상태에서, 크로스 헤드(40b)를 상하로 이동시킴으로써, 시험편(20)에 대해 압축 하중 및 인장 하중을 부여할 수 있다.
이상과 같이, 본 실시형태에 따른 지그(10)를 이용하는 경우, 크로스 헤드(40b)에 의해서 상하 이동되는 상측 실린더(12), 상측 실린더(12)에 고정된 시험편(20), 및 시험편(20)을 지지하는 하측 실린더(14)를, 동축 상에 배치할 수 있다. 또한, 응력 시험 중에, 상측 실린더(12) 및 하측 실린더(14)가 시험편(20)을 좌굴시키는 방향으로 기울기 시작했다고 해도, 상측 실린더(12) 및 하측 실린더(14)가 크게 기우는 것은, 프레임(16)에 의해서 방지된다. 구체적으로는, 상측 관통 구멍(16b) 및 하측 관통 구멍(16c) 내에 있어서 상측 실린더(12) 및 하측 실린더(14)가 프레임(16)에 접촉함으로써, 상측 실린더(12) 및 하측 실린더(14)가 크게 기우는 것이 방지된다. 따라서, 본 실시형태에서는, 상측 실린더(12)와 크로스 헤드(40b)의 조립 정밀도를 충분히 향상시키지 않아도, 상측 실린더(12) 및 하측 실린더(14)가 상하 방향에 대해 기우는 것을 억제할 수 있다. 그 결과, 시험편(20)에 대한 압축 하중 및 인장 하중의 부하 방향이 상하 방향에 대해 기우는 것을 억제할 수 있고, 시험편(20)의 좌굴의 발생을 충분히 억제할 수 있다.
또, 상기와 같이, 상측 실린더(12)와 크로스 헤드(40b)의 조립 정밀도를 필요 이상으로 향상시키지 않아도 되므로, 상측 실린더(12)와 크로스 헤드(40b)의 연결 구조를 간단하게 할 수 있다. 본 실시형태에서는, 상기와 같이, 연결핀(52)을 이용한 간단한 구성에 의해서, 상측 실린더(12)와 크로스 헤드(40b)를 연결할 수 있다. 이에 의해, 복수의 나사를 이용하여 상측 플랜지와 크로스 헤드를 연결할 필요가 있는 특허 문헌 1의 구성에 비해, 응력 시험기(40)로의 지그(10) 및 시험편(20)의 장착이 용이해진다.
또, 본 실시형태에서는, 시험편(20)의 평행부(20c)의 주위를 지그(10)에 의해서 덮을 필요가 없으므로, 평행부(20c)에 신장계(30)를 장착할 수 있다. 또한, 평행부(20c)와 지그(10)가 접촉하는 일이 없다. 이들의 결과, 시험편(20)에 발생하는 응력과 변형의 관계를 정밀하게 조사할 수 있다.
또한, 상세한 설명은 생략하나, 예를 들면, 도 5에 나타낸 바와 같이, 프레임(16)의 운반을 용이하게 하기 위해서, 프레임(16)의 양측면에 각각, 평면에서 봤을 때 C자형상의 파지 부재(18a,18b)를 설치해도 된다. 이 경우, 폭 E는, 예를 들면, 200mm 정도로 설정된다. 또한, 파지 부재(18a,18b)로는, 예를 들면, C형 강을 이용할 수 있다.
실시예
본 발명의 효과를 확인하기 위해, 상술한 구성을 갖는 지그(10) 및 응력 시험기(40)를 이용하여, 시험편(20)에 대해 압축 하중 및 인장 하중을 반복해서 부여해, 시험편(20)에 발생하는 응력과 변형의 관계를 조사했다.
또한, 본 실시예에서는, C형 강(18a, 18b)(도 5 참조)을 설치한 프레임(16)을 이용했다. 또, 도 2를 참조하여, 길이 C1 및 길이 C2는 각각 200mm이고, 길이 W1은 150mm이며, 폭 W2는 100mm이고, 폭 A는 130mm이며, 두께 T는 50mm이고, 직경 D1 및 직경 D2는 각각 32mm이며, 폭 E(도 5 참조)는 200mm였다. 또, 도 3을 참조하여, 시험편(20)의 축방향에 있어서, 상단부(20a) 및 하단부(20b)의 길이는 6.3mm이며, 평행부(20c)의 길이 B는 8.0mm이며, 직경 d는 2.5mm이며, 시험편(20)의 전체 길이는 25.5mm였다. 또한, 도 1을 참조하여, 상측 관통 구멍(16b)과 상측 실린더(12)의 클리어런스 및 하측 관통 구멍(16c)과 하측 실린더(14)의 클리어런스는 각각, 0.1mm였다.
조사에 의해서 얻어진 응력과 변형의 관계(히스테리시스 곡선)를, 도 6에 나타낸다. 본 실시예에서는, 시험중에 시험편(20)에 좌굴은 발생하지 않았다. 즉, 본 발명에 의하면, 좌굴의 발생을 방지하면서, 응력과 변형의 관계를 적절히 평가할 수 있음을 알았다.
본 발명에 의하면, 평행부의 주위를 덮지 않고 시험편의 좌굴을 억제할 수 있다. 이에 의해, 금속 재료의 응력과 변형의 관계를 적절히 평가할 수 있다.
10:응력 시험용 지그
12:상측 실린더
14:하측 실린더
16:프레임
16a:수용 공간
16b:상측 관통 구멍
16c:하측 관통 구멍
16d:평탄면
20:시험편
30:신장계
40:응력 시험기

Claims (4)

  1. 상하 방향으로 연장되도록 배치된 봉형상의 시험편에 대해 압축 하중 및 인장 하중 중 적어도 한쪽을 부여하는 응력 시험기에 있어서 사용되는 지그로서,
    하단부에 상기 시험편의 상단부를 고정 가능한 상측 실린더와,
    상단부에 상기 시험편의 하단부를 고정 가능한 하측 실린더와,
    상기 상측 실린더 및 상기 하측 실린더가 삽입되는 프레임을 구비하고,
    상기 상측 실린더 및 상기 하측 실린더는, 상기 시험편, 상기 상측 실린더 및 상기 하측 실린더가 동축 상에 위치하도록 상기 시험편을 고정 가능하고,
    상기 프레임은, 당해 프레임을 수평 방향으로 관통하고 또한 상기 시험편을 수용 가능한 수용 공간과, 당해 프레임을 관통하도록 상기 수용 공간으로부터 상방으로 연장되고 또한 상기 상측 실린더를 삽입 가능한 상측 관통 구멍과, 상기 상측 관통 구멍과 동축 상에 있어서 당해 프레임을 관통하도록 상기 수용 공간으로부터 하방으로 연장되고 또한 상기 하측 실린더를 삽입 가능한 하측 관통 구멍을 갖는, 응력 시험용 지그.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 응력 시험기는, 상하 방향으로 이동 가능하게 설치된 크로스 헤드와, 상기 크로스 헤드의 하방에 설치된 지지부를 구비하고,
    상기 프레임은, 상기 수용 공간의 하방에 설치되고 또한 상기 응력 시험기의 상기 지지부에 지지되는 평탄면을 갖고,
    상기 상측 실린더의 상단부는, 상기 크로스 헤드에 연결 가능하게 구성되고,
    상기 하측 실린더의 하단부는, 상기 지지부에 연결 가능하게 구성되는, 응력 시험용 지그.
  3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 상측 실린더의 하단부는, 상기 시험편의 상단부를 비틀어 넣음으로써 상기 시험편의 상단부를 고정할 수 있도록 구성되고,
    상기 하측 실린더의 상단부는, 상기 시험편의 하단부를 비틀어 넣음으로써 상기 시험편의 하단부를 고정할 수 있도록 구성되어 있는, 응력 시험용 지그.
  4. 상하 방향으로 이동 가능하게 설치된 크로스 헤드 및 상기 크로스 헤드의 하방에 설치된 지지부를 구비한 응력 시험기를 이용하여, 봉형상의 시험편에 대해 압축 하중 및 인장 하중 중 적어도 한쪽을 부여하는 응력 시험 방법으로서,
    상기 지지부 상에 배치된 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 기재된 응력 시험용 지그에 상기 시험편을 장착함과 더불어, 상기 응력 시험용 지그의 상기 상측 실린더에 상기 크로스 헤드를 연결하여, 상기 크로스 헤드를 상하 방향으로 이동시켜 상기 시험편에 대해 압축 하중 및 인장 하중 중 적어도 한쪽을 부여하는, 응력 시험 방법.
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