KR100637874B1 - Test apparatus for measuring vibration-damping properties of materials using acoustic vibration - Google Patents
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Abstract
Description
도 1은 종래의 재료 진동특성 측정 장치의 개략도이다.1 is a schematic diagram of a conventional material vibration characteristic measurement apparatus.
도 2는 종래의 재료 진동특성 측정 장치에서 비금속 재료의 가진을 위해 금속보조시편을 재료에 부착한 상태를 보여주는 사진이다.2 is a photograph showing a state in which a metal auxiliary specimen is attached to a material for the excitation of a non-metallic material in a conventional material vibration characteristic measuring apparatus.
도 3은 본 발명에 따른 음향학적 가진 수단을 구비한 진동특성 측정 장치의 모식도이다.3 is a schematic diagram of an apparatus for measuring vibration characteristics with acoustic excitation means according to the present invention.
도 4는 본 발명에 따라 스피커로 재료를 가진하는 상황을 보여주는 사진이다.Figure 4 is a photograph showing the situation with the material to the speaker in accordance with the present invention.
도 5는 본 발명에 따라 음파에 의하여 재료가 진동되는 상황을 보여주는 개념도이다. 5 is a conceptual diagram illustrating a situation in which a material is vibrated by sound waves according to the present invention.
도 6은 종래의 전자기적 방법과 본 발명에 따른 음파에 의한 재료의 진동 측정결과를 비교한 그래프이다. 6 is a graph comparing a vibration measurement result of a material by sound waves according to a conventional electromagnetic method and the present invention.
본 발명은 각종 재료의 손실계수(Loss Factor), 탄성계수(Young's Modulus) 등의 진동특성을 측정하는 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 음향학적 가진 수단을 구비한 진동특성 측정 장치에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE
일반적으로 진동특성을 측정하는 장치는 도 1에 보인 바와 같이 판상 막대형의 재료를 고정하는 수단과 재료를 가진하는 가진수단 그리고 가진으로 인해 재료가 진동하는 것을 측정하는 측정센서부로 구성된다. 진동특성 측정 방법은 ASTM E 756 "Standard Test Method for Measuring Vibration-Damping Properties of Materials" 혹은 ISO 6721 " Plastics -- Determination of Dynamic Mechanical Properties" 등에서 권고되고 있듯이, 전자기 시스템을 이용하여 재료에 가해지는 전자기력의 주기적 변화에 의하여 재료를 가진하는 것이 일반적으로 채택되고 있는 방법이다.In general, the apparatus for measuring the vibration characteristics is composed of a means for fixing the plate-shaped material, as shown in Figure 1, the excitation means having the material and the measuring sensor unit for measuring the vibration of the material due to the excitation. Vibration measurement methods are recommended in ASTM E 756 "Standard Test Method for Measuring Vibration-Damping Properties of Materials" or ISO 6721 "Plastics-Determination of Dynamic Mechanical Properties". Having materials by cyclical change is a commonly adopted method.
측정은 금속뿐 아니라 에나멜, 고무, 플라스틱, 강화 에폭시 등 다양한 종류의 재질을 대상으로 한다. 이 방법을 사용함에 있어서 재료가 금속인 경우는 전자기 수단으로 가진하는데 별 문제가 없으나, 특히 비금속 재료의 경우에는 도 2에 보인 것처럼 얇고 가벼운 자성체 보조시편을 재료에 부착시켜 재료의 진동 특성에 끼치는 영향을 가급적 작게 하면서 전자기적 가진 수단의 전자기력이 재료 시편에 전달될 수 있도록 하는 것이 필요하였다.Measurements include not only metals but also various types of materials such as enamels, rubber, plastics and reinforced epoxy. In this method, if the material is a metal, the electromagnetic means has no problem, but in the case of non-metal material, the effect of the thin and light magnetic auxiliary specimen attached to the material on the vibration characteristics of the material, as shown in FIG. It was necessary to ensure that the electromagnetic force of the electromagnetic excitation means could be transmitted to the material specimens as small as possible.
이 경우 보조시편을 부착시키는 절차가 부가되어 효율성이 떨어질 뿐만 아니라, 측정 재료에 이물질이 부착됨으로써 재료 시편의 고유 진동 특성에 영향을 주게 되고, 이로 인해 측정결과도 다소 부정확해지는 문제점이 있다. 특히 보조시편 의 부착을 위해 사용되는 접착재의 종류에 따라서도 측정 값에 영향을 받는 것이 관찰되고 있다. 따라서 좀더 간편하면서도 정확하게 비금속재의 진동특성을 측정할 수 있는 방법이 요구되어 왔다. In this case, a procedure for attaching the auxiliary specimen is added to reduce the efficiency, and foreign matter is attached to the measurement material, thereby affecting the intrinsic vibration characteristics of the material specimen. As a result, the measurement result is somewhat inaccurate. In particular, it is observed that the measured value is also affected by the type of adhesive used to attach the auxiliary specimen. Therefore, there has been a demand for a method that can more easily and accurately measure vibration characteristics of nonmetal materials.
본 발명은 상기와 같은 종래의 진동특성 측정 장치의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 특히 비금속재의 손실계수 측정에 있어서 간단하면서도 정확한 측정이 가능하도록 한 장치를 제공하기 위한 것이다. 이와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에서는 재료에 진동을 가하는 수단으로서 기존의 전자기적 방법이 아니라 스피커 혹은 탐촉자(transducer) 등과 같이 음파를 발생하는 수단을 이용하여 재료를 가진하는 것을 특징으로 한다. 본 발명의 상기 수단을 적용할 경우 보조 시편을 재료에 부착하는데 따른 손실을 배제함과 동시에 이로 인한 재료의 고유 진동 특성에 미치는 영향을 배제하여 측정 결과의 정확도를 크게 향상시킬 수 있는 장점을 제공한다. The present invention is to solve the problems of the conventional vibration characteristic measuring apparatus as described above, and to provide a device that enables a simple and accurate measurement, especially in the measurement of the loss coefficient of non-metal materials. In order to achieve the above object, the present invention is characterized by having the material by means of generating sound waves, such as a speaker or a transducer, as a means for applying vibration to the material, rather than a conventional electromagnetic method. Applying the above means of the present invention provides the advantage of greatly improving the accuracy of the measurement results by excluding the loss caused by the attachment of the auxiliary specimen to the material and at the same time by the effect on the natural vibration characteristics of the material .
이하, 첨부된 도면을 참고로 하여 보다 상세히 설명하면 다음과 같다. Hereinafter, with reference to the accompanying drawings in more detail as follows.
종래의 진동특성 측정 장치는 도1에 보인 바와 같이 받침대(1)상에 지지프레임(3)을 세우고, 지지프레임(3)상에는 이동 레일(4)을 구비하여 이동 레일 상에서 진동측정센서(9)와 전자기 가진 장치(7)가 상하 이동 가능하도록 하고 각각 센서 위치고정구(5) 및 가진 장치 위치고정구(2)를 사용하여 적정 위치에서 고정되도록 구성된다. 시편고정부(10)는 지지프레임(3)의 상단부에 횡 방향으로 돌출되고 고 정 수단을 갖추어, 판상 막대 형태의 재료 시편(8)이 매달려 현가 고정될 수 있도록 한다. 바람직하기로는, 시편 재료의 하단부에서 진동이 유효하게 유발되도록, 재료의 하단부가 전자기 가진 장치의 전자석(6) 사이에 위치되도록 높이를 조정하여 고정할 수 있게 가진 장치 위치 고정구(7)가 구비된다. 재료의 하단에서 유발된 진동의 응답을 측정하고자 하는 위치에 진동 센서(9)가 고정될 수 있도록 센서위치 고정구(5)가 구비된다.In the conventional vibration measuring apparatus, as shown in FIG. 1, the
측정 재료가 비금속 등 자성체가 아닌 경우에는 도2에 보인 바와 같이 전자석(6)의 전자기력이 미칠 수 있는 측정 재료의 하단부 위치에 자성체인 보조 시편을 부착하여 전자기력에 의한 가진이 가능하도록 하는 절차가 필요로 된다.If the measurement material is not a magnetic material such as a non-metal, as shown in Fig. 2, a procedure for attaching an auxiliary specimen, which is a magnetic material, to the lower end of the measurement material that may be applied by the electromagnetic force of the
본 발명에 따른 진동특성 측정장치의 모식도는 도3에 나타낸 바와 같다. 본 발명에 따른 진동특성 측정장치는 종래의 측정 장치에서처럼 재료를 가진하는 수단이 전자기적 수단(7)이 아니라, 도 4에 보인 것과 같이 재료 시편의 하단부 인근에 위치하는 음파 발생수단(20)을 사용하여 음파를 발생시킴으로써 재료를 가진한다. 음파 발생수단은 스피커나 탐촉자 등을 음파발생원으로 사용하여 직접 해당 위치에 고정시켜 사용할 수 있다. 또는 스피커 혹은 탐촉자 등의 음파발생원 앞에 도파관(wave guide)의 일단을 배치하고, 타단을 재료 시편 근접 위치에 배치하는 방식을 택하여 음파 출력단의 위치를 좀더 정밀하게 조정하는 것이 가능하다. 스피커나 탐촉자를 직접 사용하는 경우에는 스피커나 탐촉자의 위치가 바로 음파출력단이 된다. 한편 재료 상측부에 인접하여 진동 센서를 위치시키고, 음파 발생 수단에 의한 가진에 대한 응답 신호를 계측할 수 있도록 구성된다. 본 발명에 따른 진동특성 측정 장치에서 도1의 종래의 장치와 공통되는 구성 요소는 도3에서 동일한 인용부호로 표시되었다. 상기 실시예에서는 재료시편이 현가 고정되는 경우를 기준으로 설명되었으나, 측정 편의상 재료시편이 하측에서 고정되고 시편의 상측에서 가진이 이루어지는 경우라 하더라도 본 발명의 구성 및 효과에는 차이가 없다.A schematic diagram of the vibration characteristic measuring apparatus according to the present invention is as shown in FIG. The vibration characteristic measuring apparatus according to the present invention uses the sound
가진 작동 원리는 스피커 혹은 탐촉자에서 음파가 발생되어 공기나 도파관을통하여 대상시료까지 전파되면, 도 5에 보인 것처럼 음파에 의해 대상 재료에 진동이 발생하게 된다. 이후 여타의 손실 계수 측정 절차는 종래의 방식에 따라 실행된다.The excitation principle is that when sound waves are generated from a speaker or a transducer and propagate through the air or waveguide to the target sample, vibration is generated in the target material by sound waves as shown in FIG. 5. Other loss factor measurement procedures are then performed in a conventional manner.
도 6은 전자기 가진 방식에 의한 종래의 장치와 스피커 음향 진동에 의한 본 발명의 장치에 모두 적용 가능한 금속 재료 시편에 대하여 실제로 진동을 측정하여 그 비교 결과를 나타낸 것인데, 스피커 가진에 의한 신호가 전자기 가진 시스템에 의한 진동 스펙트럼 특성이 일치함을 확인할 수 있었고, 본 발명에 의한 손실계수 등의 진동특성 측정의 효용성이 입증되었다. FIG. 6 shows a comparison result of the vibration measurement of a metal material specimen applicable to both the conventional device by the electromagnetic excitation method and the device of the present invention by the speaker acoustic vibration. It was confirmed that the vibration spectral characteristics of the system matched, and the usefulness of the vibration characteristic measurement such as the loss coefficient according to the present invention was proved.
본 발명에 따른 음향학적 가진 수단을 채택한 진동특성 측정 장치를 사용하면, 재료가 금속이든 비금속이든 자성체이든 비자성체이든, 그 측정 절차를 구분할 필요없이 일관된 절차에 의하여 재료를 편리하게 가진시킬 수 있게 된다. 특히 비금속 재료에 대하여는 보조 시편 부착에 따른 부가적 절차가 불필요하여 측정 효율을 제고할 뿐 아니라 재료의 고유한 진동 특성에 영향을 주는 불필요한 요소를 배 제함으로써 보다 정확한 측정 결과를 기대할 수 있다. By using the vibration characteristic measuring device adopting the acoustic excitation means according to the present invention, whether the material is metal, non-metal, magnetic or non-magnetic material, it is possible to conveniently excite the material by a consistent procedure without having to distinguish between the measurement procedures. . Especially for non-metallic materials, additional procedures for the attachment of auxiliary specimens are unnecessary, which not only improves measurement efficiency but also eliminates unnecessary factors that affect the material's inherent vibration characteristics, thus providing more accurate measurement results.
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