KR20230004050A - 반복 충격 시험장치 및 이를 이용한 충격 시험방법 - Google Patents

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Abstract

충격 시험장치 및 이를 이용한 충격 시험방법에서, 상기 충격 시험장치는 낙하장치가 낙하하여 시편에 대한 충격시험을 수행한다. 이 경우, 상기 충격 시험장치는 챔버부, 진공 유지부 및 저온 유지부를 포함한다. 상기 챔버부는 상기 낙하장치가 위치하는 상부챔버, 및 상기 시편이 위치하는 하부챔버를 포함한다. 상기 진공 유지부는 상기 상부챔버에 연결되어 상기 상부챔버를 진공 상태로 유지한다. 상기 저온 유지부는 상기 하부챔버에 연결되어 상기 하부챔버를 저온 상태로 유지한다.

Description

반복 충격 시험장치 및 이를 이용한 충격 시험방법{REPEATABLE IMPACT TEST APPARATUS AND METHOD FOR IMPACT TEST USING THE SAME}
본 발명은 충격 시험장치 및 이를 이용한 충격 시험방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 저온 환경에서 성능 평가의 대상이 되는 시편에 대하여 낙하 충격 시험을 수행하되, 시편이 상온에 노출됨에 따른 결로 발생을 방지하여, 반복적인 충격시험을 수행할 수 있는 반복 충격 시험장치 및 이를 이용한 충격 시험방법에 관한 것이다.
낙하 충격시험은 성능 평가의 대상이 되는 시편을 향하여 자유낙하를 통해 충격을 인가하여 시편에 대한 성능이나 충격에 따른 변형 등을 평가하는 시험으로, 일본국 등록특허 제3871039호 등에서와 같이 현재까지 다양한 형태의 낙하시험 장치가 개발되고 있다.
그러나, 현재까지의 대부분의 낙하시험 장치의 경우, 대기압 상태에서, 즉 시편과 낙하장치가 모두 대기압에 노출된 상태에서 충격시험을 수행하는 것이 일반적이었으며, 이에 따라, 저온 상태와 같은 특수한 상태에서의 시편의 성능이나 변형 등을 평가하는 충격시험 장치의 필요성이 대두되었다.
이에, 저온 상태에서의 시편에 대한 성능평가를 위한 낙하시험 장치가 개발되었다.
이러한 저온 상태의 시편에 대한 낙하시험 장치의 경우, 시편이 저온 상태로 유지되어야 하므로, 시편을 예냉한 상태에서 낙하시험 전에 시험기기에 예냉된 시편을 위치시키는 방법으로 개발되어 왔다.
그러나, 미리 예냉된 시편을 시험기기로 위치시키기 위해서는 고도의 숙련자가 필요하였으며, 이에 숙련자의 숙련도에 따라 시험 결과의 신뢰성에 영향을 미치는 문제가 있었다. 특히, 예냉된 시편에 대하여는 저온 조건이나 시편 상태가 변화하는 문제로 1회의 낙하시험만 수행할 수 있으며, 해당 시편에 대한 반복 시험을 수행하여 반복 성능을 평가하지 못하는 한계가 있었다.
일본국 등록특허 제3871039호
이에, 본 발명의 기술적 과제는 이러한 점에서 착안된 것으로 본 발명의 목적은 저온 환경에서 성능 평가의 대상이 되는 시편에 대하여 낙하 충격 시험을 높은 신뢰성을 가지며 수행할 수 있고, 특히, 시편이 상온에 노출됨에 따른 결로 발생을 방지하여, 반복적인 충격시험을 수행할 수 있는 충격 시험장치를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 상기 충격 시험장치를 이용한 충격 시험방법을 제공하는 것이다.
상기한 본 발명의 목적을 실현하기 위한 일 실시예에 의한 충격 시험장치는 낙하장치가 낙하하여 시편에 대한 충격시험을 수행한다. 이 경우, 상기 충격 시험장치는 챔버부, 진공 유지부 및 저온 유지부를 포함한다. 상기 챔버부는 상기 낙하장치가 위치하는 상부챔버, 및 상기 시편이 위치하는 하부챔버를 포함한다. 상기 진공 유지부는 상기 상부챔버에 연결되어 상기 상부챔버를 진공 상태로 유지한다. 상기 저온 유지부는 상기 하부챔버에 연결되어 상기 하부챔버를 저온 상태로 유지한다.
일 실시예에서, 상기 진공 상태의 상부챔버 및 상기 저온 상태의 하부챔버는 외부와 단열된 밀폐상태를 유지할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 하부챔버는 상기 상부챔버를 향하는 상면에 형성되는 개방유닛을 포함하고, 상기 개방유닛은 상기 낙하장치가 하강하는 경우 개방될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 개방유닛이 개방됨에 따라, 상기 하부챔버의 저온 기체는 상기 상부챔버로 유출되며, 상기 하부챔버의 저온 상태는 그대로 유지될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 진공 유지부는, 상기 상부챔버와 연결되는 유출라인을 통해, 상기 상부챔버의 기체 또는 공기를 외부로 제거할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 저온 유지부는, 기체를 미리 예냉하여 저온 기체를 형성하는 예냉부, 및 상기 예냉부로부터 상기 저온 기체를 제공받아, 상기 하부챔버와 연결되는 유입라인을 통해 상기 저온 기체를 제공하는 기체 공급부를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 낙하장치는, 상하방향으로 연장되는 가이드 레일, 상기 가이드 레일을 따라 상하방향으로 슬라이딩하는 슬라이딩부, 및 상기 슬라이딩부 상에 설치되어 상기 시편을 타격하는 타격부를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 타격부가 상기 슬라이딩부로부터 돌출되는 길이는, 상기 시편이 상기 하부챔버의 상면으로부터 이격되는 길이보다 클 수 있다.
상기한 본 발명의 목적을 실현하기 위한 일 실시예에 의한 상기 충격 시험장치를 이용한 충격 시험방법에서, 상기 상부챔버를 진공상태로 형성한다(단계 S10). 상기 하부챔버로 저온 기체를 공급하여 저온상태를 형성한다(단계 S20). 상기 하부챔버에 형성되는 개방유닛을 개방하며 상기 낙하장치를 낙하시킨다(단계 S30). 상기 시편 충격 후, 상기 낙하장치를 상승시킨다(단계 S40). 상기 개방유닛의 개방에 따라 상기 하부챔버로부터 상기 상부챔버로 유출된 저온 기체를 제거한다(단계 S50).
일 실시예에서, 상기 시편에 대한 반복 충격시험이 필요한 경우, 상기 단계 S10 내지 상기 단계 S50을 반복할 수 있다.
본 발명의 실시예들에 의하면, 낙하장치가 위치하는 상부챔버를 진공상태로 유지하고, 시편이 위치하는 하부챔버를 저온 상태로 유지한 상태에서, 시편에 대한 낙하시험을 수행함으로써, 낙하시험 전후는 물론 낙하시험 과정에서 하부챔버로 상온의 공기 또는 대기압이 제공되지 않으므로, 하부챔버에 위치하는 시편을 시험 전후로 동일한 상태로 유지시킬 수 있다.
즉, 저온 상태에서의 시편 성능을 평가하기 위한 시험에서, 낙하시험과정에서 시편에 상온이나 대기압이 제공됨에 따라 시편의 상태나 주변 환경이 변화하여 시편에 대한 반복시험이 어려운 문제를 해결하여, 낙하시험 과정은 물론 낙하시험의 전후에 상기 시편이 위치한 하부챔버의 저온 상태를 그대로 유지시킬 수 있어, 시편의 상태나 주변 환경의 변화가 최소화되어 시편에 대한 반복 시험을 효과적으로 수행할 수 있다.
이는, 시편이 위치한 하부챔버가 저온 기체로 충진된 상태에서, 낙하시험 과정에서 낙하장치가 위치하는 상부챔버와 연통되더라도, 상부챔버는 진공상태이므로, 하부챔버의 저온 기체가 상부챔버로 유동될 뿐, 하부챔버로 외부 기체나 공기가 유입되지 않으므로, 하부챔버 내의 시편의 상태 또는 환경은 그대로 유지될 수 있기 때문이다.
따라서, 종래 저온 상태에서의 시편 성능 평가를 수행하는 경우, 1회의 시험으로 제한되는 한계를 극복하여, 복수회의 시험을 동일한 시편에 대하여 반복적으로 수행할 수 있다.
특히, 시편을 하부챔버에 미리 위치시킨 상태에서, 냉각된 저온 기체를 하부챔버로 제공하여 시편을 저온상태로 유지시키므로, 종래 저온 시편의 준비를 위해 시편을 직접 냉각시킨 후 소정의 챔버로 이동시켜 위치시키는 작업을 생략할 수 있으며, 이에 따라, 냉각 시편의 위치 이동을 위한 고도의 숙련된 작업자가 필요 없고, 숙련도에 따라 신뢰성이 저하되는 문제도 해결할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 충격 시험장치를 도시한 블록도이다.
도 2는 도 1의 반복 충격 시험장치의 구성예를 도시한 모식도이다.
도 3은 도 2의 하부 챔버 및 기체 공급부를 상세하게 도시한 사시도이다.
도 4는 도 1의 충격 시험장치를 이용한 충격 시험방법을 도시한 흐름도이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 실시예들을 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다.
상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
본 출원에서, "포함하다" 또는 "이루어진다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 충격 시험장치를 도시한 블록도이다. 도 2는 도 1의 반복 충격 시험장치의 구성예를 도시한 모식도이다. 도 3은 도 2의 하부 챔버 및 기체 공급부를 상세하게 도시한 사시도이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 실시예에 의한 충격 시험장치(10)는 챔버부(100), 낙하장치(200), 시편(300), 진공 유지부(400), 저온 유지부(500) 및 제어부(600)를 포함한다.
상기 챔버부(100)는 상부챔버(110) 및 하부챔버(120)를 포함하며, 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 상부챔버(110)의 하면(112)은 상기 하부챔버(120)의 상면(122)과 서로 공유되거나 또는 서로 밀착된 상태로 형성될 수 있다.
상기 상부챔버(110)는 상하방향을 길게 형성되며, 내부의 상부공간(111)에는 상기 낙하장치(200)가 위치한다. 즉, 상기 낙하장치(200)는 중력에 의한 자유낙하를 통해 시편(300)에 대한 충격을 인가하는 것으로, 상기 중력에 의한 자유낙하가 모사되기 위해서는 소정의 낙하길이가 필요하다.
이에, 상기 상부챔버(110)는, 상기 낙하장치(200)의 낙하길이를 제공할 수 있도록 충분한 상하방향의 길이를 제공할 수 있어야 하며, 이에 따라, 도시된 바와 같이 상하방향으로 길게 형성될 수 있다.
이 경우, 상기 상부챔버(110)의 길이나 내부 공간의 크기는, 상기 낙하장치(200)의 구조나 형상 또는 필요로 하는 낙하길이에 따라 다양하게 가변될 수 있음은 자명하다.
상기 하부챔버(120)는 상기 상부챔버(110)의 하부에 위치하는 것으로, 내부의 하부공간(121)에는 시편(300)이 위치한다.
물론, 상기 시편(300)의 경우, 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 시편(300)이 위치하는 별도의 지지부(310) 상에 위치할 수 있으므로, 상기 지지부(310)도 상기 하부챔버(120)의 하부공간(121) 상에 위치하여야 함은 자명하다.
이 때, 상기 지지부(310)의 형상이나 구조는 다양하게 설계 변경될 수 있으며, 상기 시편(300) 역시 성능 평가의 대상이라면 제한되지 않는다.
다만, 본 실시예의 경우, 상기 시편(300)은 저온 환경에서의 성능 평가가 수행되는 것으로, 따라서, 저온 환경이나 저온 상태에서 사용되는 각종 부품이나 피 성능평가 대상체일 수 있다.
이 경우, 저온이란 온도 범위가 제한되지는 않지만, 단순히 상온보다 낮은 상태의 온도를 의미할 수 있으며, 나아가 초저온 또는 극저온 상태를 포함할 수 있다. 특히, 초저온 또는 극저온 상태라면, 상기 시편(300)은, 예를 들어, 초저온 또는 극저온 상태의 액체 수소 등을 운반하는 수소탱크 등에 구비되는 각종 부품 등일 수 있다.
나아가, 도시하지는 않았으나, 상기 하부챔버(120)에는, 상기 하부챔버(120)의 하부공간(121)의 온도가 기 설정된 온도로 유지되는 가의 여부를 센싱하는 온도 센서가 구비될 수 있다.
상기 낙하장치(200)는 상기 상부공간(111) 상에 위치하며, 자유낙하를 통해 상기 시편(300)에 대한 충격을 인가하는 장치이다.
구체적으로, 상기 낙하장치(200)는 가이드 레일(210), 슬라이딩부(220) 및 타격부(230)를 포함한다.
상기 가이드 레일(210)은 상기 상부공간(111) 상에서 상하방향으로 연장되어 레일을 형성하며, 도 2에 도시된 바와 같이, 한 쌍이 서로 평행하게 상하방향으로 연장될 수 있다.
상기 슬라이딩부(220)는 상기 가이드 레일(210)을 따라 상하방향으로 슬라이딩하는 구조체로서, 상기 가이드 레일(210)이 한 쌍으로 연장되는 경우, 상기 슬라이딩부(220)의 양 끝단은 상기 가이드 레일(210) 상에 연결되며 슬라이딩된다.
상기 슬라이딩부(220)의 경우, 타격 시험이 수행되기 전에는, 상기 가이드 레일(210)의 상부에 고정된 상태로 위치하며, 타격 시험이 수행되는 경우, 상기 고정된 상태가 해제되며 자유낙하에 의해 하부로 슬라이딩 된다.
이를 위해, 도시하지는 않았으나, 상기 가이드 레일(210)의 상부에는 소정의 고정장치가 구비될 수 있으며, 나아가, 상기 슬라이딩부(220)와 상기 가이드 레일(210) 사이에는 마찰력이 최소로 유지될 수 있다.
나아가, 상기 타격 시험을 수행하는 경우, 자유낙하를 통해 인가할 수 있는 충격 이상의 충격을 상기 시편(300)에 인가하여야 하는 경우라면, 도시하지는 않았으나, 상기 슬라이딩부(220)를 강제로 하강시킬 수 있는 강제 구동부가 구비될 수 있으며, 이에 따라 상기 슬라이딩부(220)의 하강 속도를 자유낙하시의 속도보다 증가시킬 수도 있다.
상기 타격부(230)는 상기 슬라이딩부(220)의 중앙으로부터 하부방향으로 돌출되도록 연장되며, 낙하하여 상기 시편(300)을 직접 타격하고, 이를 통해 상기 시편(300)에 충격을 인가한다.
상기 타격부(230)의 경우, 도 2에 도시된 바와 같이, 상하방향으로 연장되는 블록 형상을 가질 수 있으나, 이는 상기 시편(300)의 형상이나 상기 시편(300)에 인가하는 충격의 방향 또는 크기 등을 고려하여 다양하게 변형된 형상으로 설계될 수 있음은 자명하다.
한편, 본 실시예의 경우, 상기 낙하장치(200)에서, 상기 타격부(230) 만이 상기 시편(300)에 대한 타격시 하부공간(121)으로 위치하게 된다. 즉, 상기 타격부(230)는 상기 하부공간(121) 상에 위치하는 상기 시편(300)에 대한 타격을 위해 상기 하부공간(121)의 내측으로 위치하게 된다. 그러나, 상기 타격부(230)를 이동시키는 상기 슬라이딩부(220)는 상기 시편(300)에 대한 타격시에도 상기 상부공간(111) 상에 위치하게 된다.
따라서, 상기 타격부(230)가 상기 슬라이딩부(220)로부터 하부방향으로 돌출되는 길이(L)는, 상기 시편(330)이 상기 하부챔버(120)의 상면(122)으로부터 이격되는 길이(D)보다 크게 형성될 수 있다. 그리하여, 상기 타격부(230) 만이 상기 하부챔버(120)의 내부로 위치하면서 상기 시편(300)에 대한 타격이 충분히 수행될 수 있다.
이 경우, 상기 타격부(230)가 돌출되는 길이는, 상기 시편(300)에 인가되어야 하는 충격이나 상기 시편(300)의 형상 등을 고려하여 다양하게 변경될 수 있음은 자명하다.
상기 진공 유지부(400)는 상기 상부챔버(110)의 상부공간(111)을 진공상태로 형성하거나 진공상태를 유지하는 것으로, 상기 진공유지부(400)와 상기 상부챔버(110)의 사이는 유출라인(410)을 통해 서로 연결될 수 있다.
상기 진공 유지부(400)는, 예를 들어 진공 펌프일 수 있으며, 따라서 상기 상부챔버(110)와 연결된 상기 유출라인(410)을 통해, 상기 상부공간(111)에 존재하는 공기, 기체 등을 외부로 제거할 수 있다.
그리하여, 상기 진공 유지부(400)의 동작에 따라, 상기 상부공간(111)은 진공 상태가 유지된다.
상기 진공 유지부(400)는 상기 낙하장치(200)를 이용한 충격 시험을 수행하기 전에 동작되어, 상기 상부공간(111)을 진공상태로 형성할 수 있다.
또한, 상기 시편(300)에 대한 반복적인 충격시험을 수행하는 경우라면, 매 충격시험이 수행된 후, 상기 상부공간(111)으로 저온 기체가 유출되는 경우 동작되어 상기 상부공간(111)을 진공상태로 형성할 수 있다.
물론, 상기 상부공간(111)의 진공 상태 여부를 센싱하기 위한 별도의 센서(미도시)가 구비될 수 있으며, 이에 따라, 상기 상부공간(111)의 진공 상태를 모니터링하여 필요시 상기 진공 유지부(400)가 동작될 수도 있다.
한편, 상기 진공 유지부(400)에 의해 상기 상부공간(111)이 진공 상태로 유지되어야 하므로, 상기 상부챔버(110)는 외부와는 밀폐 및 단열되도록 형성되어야 하며, 현재 적용되고 있는 다양한 형태의 밀폐 또는 단열 구조로 형성될 수 있음은 자명하다.
상기 저온 유지부(500)는 상기 하부챔버(120)의 하부공간(121)을 앞서 설명한 저온 상태, 또는 극저온/초저온 상태로 유지하는 것으로, 기체공급부(510) 및 예냉부(520)를 포함한다.
상기 기체 공급부(510)는 상기 하부챔버(120)와 유입라인(511)을 통해 연결되며, 상기 하부챔버(120)로 저온 기체를 공급한다. 이 경우, 저온 기체는 액체질소, 액체수소, 액체헬륨과 같은 기체일 수 있으며, 상기 하부공간(121)의 저온 상태를 고려하여 다양하게 선택될 수 있다.
즉, 상기 하부공간(121)에서 요구되는 저온이, 극저온 또는 초저온 상태라면 상기와 같은 액체수소, 액체질소, 액체헬륨과 같은 기체가 선택될 수 있으며, 단순히 상온보다 낮은 정도의 저온이라면 냉각된 공기가 기체로서 선택될 수도 있다.
한편, 상기 유입라인(511)은 상기 하부공간(121)의 내측으로 위치하는 분사부(512)와 연결되어, 상기 분사부(512)를 통해 상기 하부공간(121)으로 상기 저온 기체가 분사될 수 있다.
또한, 상기 분사부(512)는 도 2에서는 상기 하부챔버(120)의 측부에 구비되는 것을 예시하였으나, 상기 분사부(512)의 위치는 가변될 수 있으며, 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 하부챔버(120)의 상측에 구비될 수도 있다.
상기 예냉부(520)는 상기 기체 공급부(510)에서 공급되는 저온 기체를 미리 예냉하여 상기 기체 공급부(510)로 제공한다. 즉, 상기 예냉부(520)에서는 기 설정된 온도로 상기 저온 기체의 온도를 미리 냉각시키고, 이렇게 냉각된 저온 기체를 상기 기체 공급부(510)로 제공한다. 그리하여, 상기 기체 공급부(510)는 냉각된 저온 기체를 상기 하부공간(121)으로 단순히 제공하기만 한다.
종래의 경우, 저온 상태에서의 시편에 대한 충격 시험을 수행하기 위해, 충격 시험을 수행하기 직전에 시편을 별도의 냉각 장치에서 냉각시킨 후, 그 온도가 상승하기 전에 충격 시험이 수행되는 위치로 이동시키는 것이 필요하였다. 그러나, 본 실시예에서와 같이, 기 설정된 온도로 미리 냉각된 저온 기체를 충격 시험이 수행되는 위치에 위치하는 시편으로 제공함으로써, 시편을 냉각시킴으로써, 냉각 시편을 이동하는 과정에서의 시편의 온도 상승 등의 다양한 환경 변화 또는 조건 변화의 상황을 배제할 수 있는 장점이 있다.
이상과 같이, 본 실시예의 경우, 상기 충격 시험이 수행되기 전에, 상기 하부공간(121)은 저온 상태로 유지되며, 이에 따라 상기 저온 상태의 하부공간(121)에 위치하는 시편 역시 저온 상태로 유지될 수 있다.
나아가, 상기 시편(300)에 대한 반복적인 충격시험을 수행하는 경우라면, 매 충격시험이 수행된 후, 상기 하부공간(121)을 기 설정된 저온 상태로 다시 유지시킬 수 있다.
물론, 앞서 설명한 바와 같이, 상기 하부공간(121)의 온도 상태 여부를 센싱하기 위한 별도의 온도 센서(미도시)가 구비될 수 있으며, 이에 따라, 상기 하부공간(121)의 저온 상태를 모니터링하여 필요시 상기 저온 유지부(500)가 동작되게 된다.
마찬가지로, 상기 저온 유지부(500)에 의해 상기 하부공간(111)이 외부와는 단열되는 저온 상태로 유지되어야 하므로, 상기 하부챔버(120) 역시, 외부와는 밀폐 및 단열되도록 형성되어야 하며, 현재 적용되고 있는 다양한 형태의 밀폐 또는 단열 구조로 형성될 수 있음은 자명하다.
상기 제어부(600)는 상기 낙하장치(200)의 동작은 물론, 상기 진공유지부(400) 및 상기 저온유지부(500)의 동작을 제어한다.
즉, 상기 제어부(600)는 상기 낙하장치(200)의 낙하 시작시기, 낙하속도, 반복 낙하의 여부 등을 제어할 수 있으며, 상기 진공유지부(400)의 동작, 상기 저온유지부(500)의 동작을 개별적으로 제어할 수 있다. 물론, 이러한 상기 제어부(600)의 제어를 수행하기 위해서는, 외부의 명령이 필요할 수 있으며, 상기 상부공간(111)의 진공 상태에 대한 모니터링 결과 및 상기 하부공간(121)의 저온 상태에 대한 모니터링 결과 등에 대한 정보를 제공받을 수 있음은 자명하다.
한편, 상기 하부챔버(120)에는 개방유닛(130)이 형성되며, 상기 개방유닛(130)은 상기 낙하장치(200)가 낙하하는 경우, 즉 상기 시편(300)에 대한 낙하 충격시험을 수행하는 경우만 순간적으로 개방된다.
구체적으로, 상기 개방유닛(130)은 상기 하부챔버(120)의 상면(122) 상에 형성되며, 이와 달리, 상기 하부챔버(120)의 상면(122)이 상기 상부챔버(110)의 하면(112)과 일체로 형성되는 경우라면, 상기 개방유닛(130)은 상기 상면(122) 및 하면(112)에 하나로 형성될 수도 있다.
상기 개방유닛(130)은 상기 상면(122) 상에 소정의 슬라이딩 가이드로 형성되는 개방슬릿(131), 및 상기 개방슬릿(131)을 따라 도 3에 도시된 화살표 방향으로 슬라이딩 이동되는 개방프레임(132)을 포함한다.
그리하여, 상기 개방프레임(132)은, 낙하 시험이 수행되는 경우에만 상기 개방슬릿(131)을 따라 이동되어, 상기 상면(122) 상에 개방부(133)를 형성하게 된다.
이와 달리, 상기 개방프레임(132)은 별도의 슬릿을 통한 슬라이딩 이동을 수행하지 않고, 그대로 회전하는 형태로 상기 개방부(133)를 형성하도록 동작될 수도 있으며, 이러한 개방프레임(132)의 구조나 동작을 제한되지는 않는다.
그리하여, 본 실시예에서는, 낙하 충격 시험이 수행되는 경우로서, 상기 낙하장치(200)의 타격부(230)가 상기 하부챔버(120)의 상면(122)을 통과하는 순간, 상기 개방프레임(132)이 개방되어 상기 개방부(133)를 형성하며, 이에 따라 상기 타격부(230)는 상기 개방부(133)를 관통하여 상기 시편(300)을 향하게 된다.
이 후, 상기 타격부(230)가 상기 시편(300)을 타격하고 다시 상부로 복귀하면 상기 개방프레임(132)은 폐쇄되며 상기 하부공간(121)은 다시 밀폐된다.
다만, 본 실시예에서, 밀폐된 상태의 상기 하부공간(121)이 상기 개방부(133)의 개방이 수행되면, 상기 하부공간(121)에 충진된 저온 기체는 상기 개방부(133)를 통해 상기 상부공간(111)으로 유출된다. 즉, 상기 개방부(133)의 개방 전에, 상기 상부공간(111)은 진공 상태이며, 상기 하부공간(121)은 저온 기체가 충진된 상태이므로, 상기 개방부(133)가 개방되는 경우, 상기 하부공간(121)으로 별도의 기체나 공기가 유입되지 못하며 상기 하부공간(121)의 저온 기체가 상기 상부공간(111)으로 유출된다.
따라서, 상기 하부공간(121)의 저온 기체가 상기 상부공간(111)으로 유출되는 경우, 그 유출량은 상기 하부공간(121)의 온도를 급격하게 상승시킬 정도로 많지 않으며, 설사 상기 유출량이 상대적으로 큰 경우라도, 상기 기체공급부(510)를 통해 상기 하부공간(121)으로 즉시 저온기체를 공급하게 된다면, 상기 하부공간(121)의 온도는 기 설정된 저온 상태를 충분히 유지할 수 있다.
그리하여, 시편(300)이 위치하는 하부공간(121)의 온도가 급변하지 않으며 초기의 저온 상태와 동일하게 유지될 수 있고, 따라서, 상기 시편(300)의 주변 환경 조건이 변화하지 않는다. 결국, 상기 시편(300)의 표면에 이슬이나 결로 등이 발생하지 않게 되며, 충격 시험에 의한 구조적 변형이나 손상(300) 외에 환경 요인에 의한 변형이나 손상은 발생하지 않게 된다.
따라서, 상기 시편(300)에 대한 반복적인 충격 시험을 수행할 수 있으며, 이는 곧, 저온 환경 조건에서 반복적인 시편(300)에 대한 시험으로, 상기 시편(300)의 성능을 매우 효과적으로 평가할 수 있는 장점을 가져오게 된다.
이 경우, 상기 상부공간(111)으로 유출된 저온기체는, 앞서 설명한 바와 같이, 상기 진공유지부(400)가 동작하여 외부로 제거하므로, 상기 상부공간(111)은 다시 진공 상태로 복귀하게 된다.
이하에서는, 도 1 내지 도 3을 참조하여 설명한 상기 충격 시험장치(10)를 이용한 충격 시험방법에 대하여 설명한다.
도 4는 도 1의 충격 시험장치를 이용한 충격 시험방법을 도시한 흐름도이다.
도 4를 참조하면, 상기 충격 시험방법에서는, 우선, 상기 상부챔버(110)의 상부공간(111)을 진공상태로 형성한다(단계 S10). 즉, 상기 진공유지부(400)는 상기 상부공간(111)과 연결된 상기 유출라인(410)을 통해 상기 상부공간(111)의 내부의 기체나 공기 등을 모두 흡입하고, 이를 통해 상기 상부공간(111)을 진공상태로 형성한다.
이 후, 상기 하부챔버(120)로 저온 기체를 공급하여 상기 하부공간(121)을 저온 상태로 형성한다(단계 S20).
즉, 상기 예냉부(520)에서 기 설정된 온도로 냉각된 저온 기체를 상기 기체 공급부(510)로 제공하면, 상기 기체 공급부(510)에서는 상기 저온 기체를 상기 하부공간(121)과 연결된 상기 유입라인(511)을 통해 상기 하부공간(121)으로 제공한다. 이에, 상기 하부공간(121)으로는, 상기 저온 기체가 상기 분사부(512)를 통해 분사되며, 상기 하부공간(121)의 온도가 기 설정된 온도로 유지될 때까지 상기 저온 기체가 분사될 수 있다.
이 후, 상기 하부챔버(120)의 상면(122)에 형성되는 상기 개방유닛(130)을 개방하며, 상기 낙하장치(200)를 낙하시킨다(단계 S30). 즉, 상기 타격부(230)가 낙하하면서 상기 개방유닛(130)의 개방프레임(132)이 개방되면, 상기 타격부(230)는 상기 시편(300)에 충격을 인가하게 된다.
그리하여, 상기 시편(300)에 대한 1차 충격시험이 수행되며, 이 후 상기 타격부(230)는 다시 상부로 상승하고, 이와 동시에 상기 개방프레임(132)은 다시 밀폐된다(단계 S40).
한편, 상기와 같이 상기 개방프레임(132)이 개방되면, 상기 하부공간(121)에 존재하던 저온 기체가 상기 상부공간(111)으로 유출되며, 따라서, 상기 하부챔버(120)로부터 상기 상부챔버(110)로 유출되는 상기 저온 기체를 제거한다(단계 S50).
즉, 상기 진공유지부(400)가 동작되어, 상기 상부공간(111)의 내부로 유출된 상기 저온 기체를 상기 유출라인(410)을 통해 흡입하여 외부로 제거한다. 그리하여, 상기 상부공간(111)은 다시 진공 상태로 유지된다.
이상과 같이, 1회의 상기 시편(300)에 대한 충격시험은 종료된다. 다만, 본 실시예의 경우, 상기 시편(300)에 대한 충격시험은 반복적으로 수행될 수 있다.
즉, 상기 시편(300)에 대한 반복 시험이 필요한 경우라면(단계 S600), 다시 상기 진공유지부(400)가 동작되어 상기 상부공간(111)을 완벽한 진공 상태로 형성시키고(단계 S10), 상기 저온유지부(500)가 동작되어 상기 하부공간(121)을 저온 상태로 유지시킨 후(단계 S20), 낙하장치(200)의 낙하를 통한 시편 충격 시험이 반복될 수 있다.
상기와 같은 본 발명의 실시예들에 의하면, 낙하장치가 위치하는 상부챔버를 진공상태로 유지하고, 시편이 위치하는 하부챔버를 저온 상태로 유지한 상태에서, 시편에 대한 낙하시험을 수행함으로써, 낙하시험 전후는 물론 낙하시험 과정에서 하부챔버로 상온의 공기 또는 대기압이 제공되지 않으므로, 하부챔버에 위치하는 시편을 시험 전후로 동일한 상태로 유지시킬 수 있다.
즉, 저온 상태에서의 시편 성능을 평가하기 위한 시험에서, 낙하시험과정에서 시편에 상온이나 대기압이 제공됨에 따라 시편의 상태나 주변 환경이 변화하여 시편에 대한 반복시험이 어려운 문제를 해결하여, 낙하시험 과정은 물론 낙하시험의 전후에 상기 시편이 위치한 하부챔버의 저온 상태를 그대로 유지시킬 수 있어, 시편의 상태나 주변 환경의 변화가 최소화되어 시편에 대한 반복 시험을 효과적으로 수행할 수 있다.
이는, 시편이 위치한 하부챔버가 저온 기체로 충진된 상태에서, 낙하시험 과정에서 낙하장치가 위치하는 상부챔버와 연통되더라도, 상부챔버는 진공상태이므로, 하부챔버의 저온 기체가 상부챔버로 유동될 뿐, 하부챔버로 외부 기체나 공기가 유입되지 않으므로, 하부챔버 내의 시편의 상태 또는 환경은 그대로 유지될 수 있기 때문이다.
따라서, 종래 저온 상태에서의 시편 성능 평가를 수행하는 경우, 1회의 시험으로 제한되는 한계를 극복하여, 복수회의 시험을 동일한 시편에 대하여 반복적으로 수행할 수 있다.
특히, 시편을 하부챔버에 미리 위치시킨 상태에서, 냉각된 저온 기체를 하부챔버로 제공하여 시편을 저온상태로 유지시키므로, 종래 저온 시편의 준비를 위해 시편을 직접 냉각시킨 후 소정의 챔버로 이동시켜 위치시키는 작업을 생략할 수 있으며, 이에 따라, 냉각 시편의 위치 이동을 위한 고도의 숙련된 작업자가 필요 없고, 숙련도에 따라 신뢰성이 저하되는 문제도 해결할 수 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
10 : 충격 시험장치 100 : 챔버부
110 : 상부챔버 120 : 하부챔버
130 : 개방유닛 300 : 시편
400 : 진공유지부 410 : 유출라인
500 : 저온유지부 510 : 기체 공급부
511 : 유입라인 512 : 분사부
520 : 예냉부 600 : 제어부

Claims (10)

  1. 낙하장치가 낙하하여 시편에 대한 충격시험을 수행하는 충격 시험장치에서,
    상기 낙하장치가 위치하는 상부챔버, 및 상기 시편이 위치하는 하부챔버를 포함하는 챔버부;
    상기 상부챔버에 연결되어 상기 상부챔버를 진공 상태로 유지하는 진공 유지부; 및
    상기 하부챔버에 연결되어 상기 하부챔버를 저온 상태로 유지하는 저온 유지부를 포함하는 충격 시험장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 진공 상태의 상부챔버 및 상기 저온 상태의 하부챔버는 외부와 단열된 밀폐상태를 유지하는 것을 특징으로 하는 충격 시험장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 하부챔버는 상기 상부챔버를 향하는 상면에 형성되는 개방유닛을 포함하고,
    상기 개방유닛은 상기 낙하장치가 하강하는 경우 개방되는 것을 특징으로 하는 충격 시험장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 개방유닛이 개방됨에 따라, 상기 하부챔버의 저온 기체는 상기 상부챔버로 유출되며, 상기 하부챔버의 저온 상태는 그대로 유지되는 것을 특징으로 하는 충격 시험장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 진공 유지부는,
    상기 상부챔버와 연결되는 유출라인을 통해, 상기 상부챔버의 기체 또는 공기를 외부로 제거하는 것을 특징으로 하는 충격 시험장치.
  6. 제1항에 있어서, 상기 저온 유지부는,
    기체를 미리 예냉하여 저온 기체를 형성하는 예냉부; 및
    상기 예냉부로부터 상기 저온 기체를 제공받아, 상기 하부챔버와 연결되는 유입라인을 통해 상기 저온 기체를 제공하는 기체 공급부를 포함하는 충격 시험장치.
  7. 제1항에 있어서, 상기 낙하장치는,
    상하방향으로 연장되는 가이드 레일;
    상기 가이드 레일을 따라 상하방향으로 슬라이딩하는 슬라이딩부; 및
    상기 슬라이딩부 상에 설치되어 상기 시편을 타격하는 타격부를 포함하는 것을 특징으로 하는 충격 시험장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 타격부가 상기 슬라이딩부로부터 돌출되는 길이는, 상기 시편이 상기 하부챔버의 상면으로부터 이격되는 길이보다 큰 것을 특징으로 하는 충격 시험장치.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서의 상기 충격 시험장치를 이용한 충격 시험방법에서,
    상기 상부챔버를 진공상태로 형성하는 단계(단계 S10);
    상기 하부챔버로 저온 기체를 공급하여 저온상태를 형성하는 단계(단계 S20);
    상기 하부챔버에 형성되는 개방유닛을 개방하며 상기 낙하장치를 낙하시키는 단계(단계 S30);
    상기 시편 충격 후, 상기 낙하장치를 상승시키는 단계(단계 S40); 및
    상기 개방유닛의 개방에 따라 상기 하부챔버로부터 상기 상부챔버로 유출된 저온 기체를 제거하는 단계(단계 S50)를 포함하는 충격 시험방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 시편에 대한 반복 충격시험이 필요한 경우,
    상기 단계 S10 내지 상기 단계 S50을 반복하는 것을 특징으로 하는 충격 시험방법.
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