KR100973908B1 - 충돌 시험장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 충돌에 의한 시편의 정보를 얻기 위한 충돌 시험장치에 관한 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 충돌 시험장치는 고압의 유체로 작동하는 실린더에 의해 충돌을 위한 작동력을 제공하는 충격력 제공부와; 상기 충격력 제공부에 의해 제공된 작동력에 의해 이동하는 충격부와; 시편이 탈부착 가능하게 구비되며, 상기 충격부가 시편과의 충돌에 의해 발생하는 하중을 측정 가능하게 구비되는 측정부;를 포함하여 구성될 수도 있다.
상기와 같은 구성에 의해 본 발명은 상대적으로 작은 규모의 시험장치로도 높은 충돌에너지의 발생을 가능하도록 하며, 안정적인 충돌시험의 재현이 가능하고, 상대적으로 짧은 거리에서도 충돌부재의 빠른 가속이 이루어질 수 있게 되어 시험장치의 설치를 위한 공간 및/또는 구성이 유리하며, 충돌시 시편에서 흡수하지 못한 에너지를 흡수 가능하도록 구성될 수 있다.
충돌, 시편, 시험장치, 유압, 압축기, 고압
Description
본 발명은 충돌에 의한 시편의 정보를 얻기 위한 충돌 시험장치에 관한 것이다.
일반적으로 알려진 충돌 시험장치는 수평식과 수직 낙중식 등이 있다.
상기 수평식 충돌시험 방식 중 수평식 시험장치는 충돌부재(예를 들어, 대차)를 와이어로 끌어서 속도를 부가하는 방식으로 구성되기도 하는데, 이 경우, 시험조건을 만족시키기 위한 구성의 특징으로 인해 시험장치의 크기가 너무 큰 단점이 있다. 한편, 스프링 등을 이용하여 충돌부재를 발사시키는 방식으로 구성되기도 하는데, 높은 충돌속도를 부가하기 어렵고 속도를 정확히 제어하기 어려운 단점이 있다.
이러한 수평식 충돌시험 방식을 위한 종래의 시험장치들은 충돌시험을 위한 충분한 공간확보와 시험장치를 구성을 위해서는 설비적인 측면에서 매우 불리하다.
한편, 수직 낙중식은 충돌부재를 수직으로 떨어뜨려 하중을 측정하는 방식으로 구성되기도 한다. 이와 같은 수직 낙중식은 속도를 높이기 위해서는 충돌부재의 낙하높이를 높이거나 일정 높이에서 발사체로 충돌부재를 가속시키는 방법이 있다.
그러나, 이와 같은 수직 낙중식은 충돌부재가 수직으로 시편에 부딪힐 때 가해지는 충격력으로 인한 수직 정렬문제가 발생하고 있다. 충격력에 의한 지반의 변형이 발생되고, 이로 인하여 측정에 오차가 발생하는 문제가 있다.
한편, 종래의 충돌 시험장치들은 충돌부재의 충격력으로 인하여 하중 측정장치에 충격력이 전달되는 경우가 발생하기도 하는데, 이 경우, 하중 측정장치의 고장을 유발하기도 한다.
본 발명은 종래의 충돌 시험장치에서 발생하는 요구 또는 문제들 중 적어도 어느 하나를 인식하여 이루어진 것이다.
본 발명의 일 목적은 상대적으로 작은 규모의 시험장치로도 높은 충돌에너지의 발생을 가능하도록 하며, 안정적인 충돌시험의 재현이 가능하도록 하는 것이다.
본 발명의 다른 일 목적은 상대적으로 짧은 거리에서도 충돌부재의 빠른 가속이 이루어질 수 있도록 하는 것이다.
본 발명의 또 다른 일 목적은 충돌부재의 이동 속도를 조절 가능하도록 하여 시험에 요구되는 충돌력을 조절 가능하도록 하는 것이다.
본 발명의 또 다른 일 목적은 충돌시험에 요구되는 충돌력이 시험에 요구되는 범위 내에서 상대적으로 정확하고 안정적으로 재현 가능하도록 하는 것이다.
본 발명의 또 다른 일 목적은 충돌시 시편에서 흡수하지 못한 에너지로 인해 측정장치가 파손 및/또는 손상되는 것을 최대한 방지할 수 있도록 하는 것이다.
본 발명의 또 다른 일 목적은 시험장치의 수명을 연장시킬 수 있도록 하는 것이다.
상기 과제들 중 적어도 하나의 과제를 실현하기 위한 일 실시 형태와 관련된 충돌 시험장치는 다음과 같은 특징을 포함할 수 있다.
본 발명은 기본적으로, 작은 규모의 시험장치로도 높은 충돌에너지의 발생을 가능하도록 하며, 안정적인 충돌시험의 재현이 가능하도록 구성되는 것을 기초로 한다.
본 발명의 일 실시 형태에 따른 충돌 시험장치는 고압의 유체로 작동하는 실린더에 의해 충돌을 위한 작동력을 제공하는 충격력 제공부와; 충격력 제공부에 의해 제공된 작동력에 의해 이동하는 충격부와; 시편이 탈부착 가능하게 구비되며, 충격부가 시편과의 충돌에 의해 발생하는 하중을 측정 가능하게 구비되는 측정부;를 포함하여 구성될 수도 있다.
이 경우, 충격력 제공부는 일정한 유체의 압력이 실린더에 제공될 수 있도록 압축기가 더 구비될 수도 있다. 그리고, 충격력 제공부는 유압에 의해 작동하도록 구성될 수도 있다.
다른 한편, 충격력 제공부는 유체의 압력을 증가시키기 위한 펌프와; 펌프에 연결되어 압력이 증가된 유체를 저장하여 일정한 압력으로 공급하는 압축기와; 압축기에 의해 공급되는 유체에 의해 충격부를 이동시키도록 작동하는 실린더;를 포함하여 구성될 수도 있다.
한편, 실린더는 작동력의 세기를 조절할 수 있는 조절기가 더 구비될 수도 있다. 그리고, 충격부는 충돌부재가 이송레일을 따라 이동 가능하게 구비될 수도 있다.
또한, 시편에 의해 흡수되지 않은 충돌에너지를 흡수할 수 있도록 고정부재를 지지하는 완충부가 더 구비될 수도 있다. 이 경우, 완충부는 유압댐퍼로 구성될 수도 있다.
그리고, 고정부재는 이동 가능하게 구성될 수도 있다.
한편, 시편이 위치되는 측정부의 일 단부로부터 충격부의 위치로 연장되게 배치되는 보호부가 더 구비될 수도 있다. 이 경우, 보호부는 시편이 위치되는 측정부의 일 단부로부터 충격부의 위치로 연장되게 배치되는 지지프레임과; 지지프레임의 연장된 길이방향을 따라 이동 가능하게 장착되는 안전망;을 포함하여 구성될 수도 있다.
이상에서와 같이 본 발명에 따르면, 상대적으로 작은 규모의 시험장치로도 높은 충돌에너지의 발생을 가능하도록 하며, 안정적인 충돌시험의 재현이 가능하게 된다.
또한, 본 발명에 따르면, 상대적으로 짧은 거리에서도 충돌부재의 빠른 가속이 이루어질 수 있게 되어 시험장치의 설치를 위한 공간 및/또는 구성이 유리하다.
또한, 본 발명에 따르면, 충돌부재의 이동 속도를 조절 가능하도록 하여 시험에 요구되는 충돌력을 조절 가능하다.
그리고 또한, 본 발명에 따르면, 충돌시험에 요구되는 충돌력이 시험에 요구되는 범위 내에서 상대적으로 정확하고 안정적으로 재현 가능하다.
그리고 또한, 본 발명에 따르면, 충돌시 시편에서 흡수하지 못한 에너지를 흡수 가능하도록 구성될 수 있고, 이로 인해 측정장치가 파손 및/또는 손상되는 것을 최대한 방지할 수 있다.
그리고 또한, 본 발명에 따르면, 측정장치의 파손 및/또는 손상을 억제하여 측정 값의 신뢰성을 향상시킬 수 있고, 시험장치의 수명을 연장시킬 수 있다.
그리고 또한, 본 발명에 따르면, 기존 시험장치에서 발생하는 충돌부재의 정렬 정렬, 측정장치의 고장 및/또는 하중 측정 값 등의 문제를 해소할 수 있다.
상기와 같은 본 발명의 특징들에 대한 이해를 돕기 위하여, 이하 본 발명의 실시예와 관련된 충돌 시험장치에 대하여 보다 상세하게 설명하도록 하겠다.
이하, 설명되는 실시예들은 본 발명의 기술적인 특징을 이해시키기에 가장 적합한 실시예들을 기초로 하여 설명될 것이며, 설명되는 실시예들에 의해 본 발명의 기술적인 특징이 제한되는 것이 아니라, 이하, 설명되는 실시예들과 같이 본 발명이 구현될 수 있다는 것을 예시하는 것이다. 따라서, 본 발명은 아래 설명된 실시예들을 통해 본 발명의 기술 범위 내에서 다양한 변형 실시가 가능하며, 이러한 변형 실시예는 본 발명의 기술 범위 내에 속한다 할 것이다. 그리고, 이하, 설명되는 실시예의 이해를 돕기 위하여 첨부된 도면에 기재된 부호에 있어서, 각 실시예에서 동일한 작용을 하게 되는 구성요소 중 관련된 구성요소는 동일 또는 연장 선상의 숫자로 표기하였다.
본 발명과 관련된 실시예들은 기본적으로, 작은 규모의 시험장치로도 높은 충돌에너지의 발생을 가능하도록 하며, 안정적인 충돌시험의 재현이 가능하도록 구성되는 것을 기초로 한다.
도 1에 도시된 것과 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 충돌 시험장치(100)는 시편(133)의 파손을 위한 작동력을 제공하는 충격력 제공부(110)와 상기 충격력 제공부(110)로부터 제공받은 작동력으로 이동하여 시편(133)에 충돌하는 충격부(120), 그리고, 상기 시편(133)이 탈부착 가능하게 구비되며, 시편(133)과의 충돌에 의해 발생하는 하중을 측정하는 측정부(130)를 포함하여 구성될 수도 있다.
상기 충격력 제공부(110)는 충격부(120)에 작동력을 제공하는 실린더(113)가 고압의 유체로 작동 가능하게 구성될 수 있는데, 이 경우, 상기 실린더(113)에 의해 작동력을 제공받는 충격부(120)는 짧은 거리에서도 높은 속도록 가속될 수 있다. 한편, 상기 실린더(113)는 유압을 이용하여 작동력을 발생시킬 수도 있는데, 이 경우, 수백 kg의 충격부(120)를 짧은 이동거리에서 수십 km/h의 속도로 가속시킬 수도 있다.
한편, 시험장치(100)의 안전성 및 안정적인 재현성을 위하여, 상기 실린더(113)를 수평으로 배치하고, 충격부(120)를 수평방향으로 이동하도록 가속시켜 시편(133)을 타격하도록 구성할 수도 있다.
상기 충격력 제공부(110)는 실린더(113)의 작동을 위하여, 유체를 공급하는 펌프(111)가 구비될 수 있다. 한편, 상기 펌프(111)와 실린더(113) 사이에는 압축기(112)가 더 구비되어, 더 높은 유체의 압력으로 실린더(113)가 작동하도록 구성할 수도 있다. 이 경우, 상기 압축기(112)의 구성에 의해 작동되는 실린더(113)의 작동력은 일정하고 안정적으로 제공될 수도 있다. 상기 압축기(112)의 구성에 대한 예로는 어큐뮬레이터 등과 같은 일반적으로 알려진 압축기의 구성을 이용할 수도 있다.
다른 한편, 상기 실린더(113)에는 조절기(114)가 더 구비될 수도 있다. 상기 조절기(114)는 실린더(113)로 공급되는 유체의 양을 조절하여 실린더(113)에 의해 발생하는 작동력의 세기 및/또는 실린더 로드(113a)의 스트로크 속도를 조절 가능하도록 하므로, 충격부(120)에 의해 발생하는 충격력을 조절할 수 있다.
상기와 같이 구성되는 경우, 충격력 제공부(110)는 펌프(111)로부터 고압의 작동오일을 압축기(112)로 축적시킨 후, 조절기(114)를 입력 유량에 맞추고, 실린더(113)를 작동시키면, 실린더 로드(113a)가 이동(전진)하게 된다. 이 경우, 실린더 로드(113a)의 이동 속도는 유량을 실린더 단면적으로 나눈 값에 해당하며, 실린더의 작동력은 실린더 단면적과 작동오일의 압력의 곱으로 결정된다. 따라서, 작동유체의 압력과 유량을 제어하여 충돌에너지를 조절할 수 있다. 예를 들어 충돌 에너지를 상승시키고자 하는 경우, 작동유체의 압력을 높이고 유량을 최대한 증가시키면, 충돌 에너지를 상승시킬 수 있다.
한편, 충격부(120)는 상기 충격력 제공부(110)로부터 작동력을 제공받아 이동 가능하도록 구성될 수 있다. 이 경우, 충격부(120)는 충돌시 요구되는 충격력을 발생시키기 위하여 일정한 하중을 갖는 충돌부재(121)가 이동 가능하도록 구성될 수도 있다.
상기 충돌부재(121)는 상기 충격력 제공부(110)의 작동에 의해 가속되어 시편에 충돌하도록 구성될 수 있다.
이 경우, 상기 충돌부재(121)는 이송레일(122)에 배치되어 이송레일(122)을 따라 이동(또는 활주) 가능하도록 구성될 수도 있고, 또는 하부에 바퀴(121a) 등과 같은 이동 수단이 구비되어 상기 충격력 제공부(110)의 작동에 의해 가속되어 시편 에 충돌하도록 구성될 수 있다. 상기 충돌부재(121)를 이동시키기 위한 구성은 종래의 알려진 이동수단이 적용되어 구성될 수 있으므로, 구체적인 설명은 생략하기로 한다.
상기와 같이 구성될 수 있는 충돌부재(121)는 실린더 로드(113a)의 작동에 의해 실린더 로드(113a)와 함께 가속하다가, 일정거리(실린더 로드의 스트로크 거리) 이상에서 실린더 로드(113a)와 떨어져 독립적으로 이동하여 시편에 충돌하게 된다.
상기 충격력 제공부는 고압의 유체를 이용하여 작동하는 실린더(113)와 상기 충격력 제공부(110)에 의해 이동하여 시편(133)에 충격을 가하는 충격부(120)가 수평 방향으로 배치되도록 하여 시험 가능하도록 구성할 수도 있다. 이 경우, 고압의 작동 유체와 실린더 단면적을 조절하여 실린더의 작용하중(작동력)을 조절할 수 있다. 그리고, 실린더의 작용하중이 증가시키면, 충격부(120)의 가속거리가 감소시킬 수 있으며, 시험장치(100)를 더 작게 구성할 수도 있다. 한편, 충격부(120)가 수평방향으로 이동하여 시편(133)을 타격하는 방식은 지반(지지부)에 영향을 주지 않기 때문에 내구성이 향상시키며, 충돌시험의 정확성 및 재현성을 상승시킬 수 있다.
상기 측정부(130)는 상기 충격부(120)의 충돌시 발생하는 충격하중을 측정 가능하도록 구성될 수 있다. 상기 측정부(130)는 충격부(120)의 충돌시 시편(133)을 지지하게 되는 고정부재(131)가 구비되고, 상기 고정부재(131)에 시편(133)에 가해지는 하중을 측정하는 측정부재(132)가 구비될 수 있다. 그리고, 상기 측정부재(132)에는 시편(133)이 탈부착 가능하도록 시편(133)을 고정시키기 위한 지그(도 면부호 미표시)가 더 구비될 수도 있다. 상기 지그는 일반적인 시험장치에 구비되는 지그의 구조 및/또는 클램프의 구조로 이루어질 수도 있다. 따라서, 이에 대한 구체적인 설명은 생략하기로 한다.
한편, 상기 충격부(120)가 시편(133) 충돌하는 경우, 시편(133)에 의해 흡수되지 않은 충돌에너지를 흡수할 수 있도록, 완충부(140)가 더 구비될 수도 있다. 이 경우, 상기 고정부재(131)는 이동 가능하게 구성될 수도 있다. 예를 들어, 고정부재(131)의 하부에 이동수단이 구비되어, 충돌부재(121)의 충격시 시편(133)에 의해 흡수되지 않은 에너지가 고정부재(131)로 전달되는 경우, 전달된 에너지에 의해 고정부재(131)가 이동 가능하도록 구성할 수도 있다. 상기 고정부재(131)에 구비되는 이동수단은 일 예로 바퀴(131a) 등과 같은 구성을 통해 이루어질 수도 있다.
한편, 상기 완충부(140)는 유압댐퍼로 구성되어 시편(133)에 의해 흡수되지 않은 에너지를 흡수할 수 있도록 구성할 수도 있다. 이와 같은 유압댐퍼의 구성은 도시된 것과 같이, 지지부재(141)에 의해 유압 실린더(142)가 상기 고정부재(131)에 전달되는 에너지를 흡수 가능하도록 배치될 수도 있다.
이와 같은 구성에 의해, 상기 충돌부재(121)가 시편(133)에 충돌한 후, 시편(133)에 의해 흡수되지 않은 에너지는 측정부재(132)를 통해 고정부재(131)로 전달되어 고정부재(131)가 이동하도록 작용하는데, 이 경우, 상기 고정부재(131)를 지지하는 완충부(140)는 고정부재(131)에 전달된 에너지를 흡수하게 된다. 이와 같이, 완충부(140)를 통해 잉여 에너지를 흡수하는 경우, 측정부재(132)로 전달되는 에너지와 고정부재(131)의 지지력에 의해 측정부재(132)가 파손되는 것을 방지 또 는 억제할 수 있다.
이 경우, 상기 고정부재(131)는 충격부(120)에 의한 충돌시 시편(133)이 파손될 수 있고, 파손시 시편(133)에 의해 흡수되지 않은 잉여 에너지에 의해 이동할 수 있도록 일정 하중이 부가될 수 있다.
도 2에 도시된 것과 같이, 시편(133)이 위치되는 측정부(130)의 일 단부로부터 충격부(120)의 위치로 연장되게 배치되는 보호부(150)가 더 구비될 수도 있다. 상기 보호부(150)는 충돌에 의해 파손되는 시편(133)의 조각 등에 의해 발생하는 안전사고를 예방하기 위한 것이다. 따라서, 파손되는 시편(133)의 조각이 비산되는 것을 방지할 수 있는 구조로 이루어질 수 있다.
한편, 상기 보호부(150)는 시편(133)의 장착을 위하여 이동 가능하게 구성될 수도 있다. 이 경우, 안전망(152)이 충돌부재(121)의 이동 방향을 따라 이동 가능하게 구비되어 시편(133)의 장착이 가능하며, 파손된 시편(133)의 비산을 막을 수 있도록 배치될 수 있다. 상기 안전망(152)의 이동을 위한 구성은 이송레일 등을 구비하고, 안전망(152)이 이송레일을 따라 활주 가능하도록 구성하거나, 또는 안전망(152)에 바퀴 등과 같은 구성을 더 부가하여 이동 가능하도록 구성할 수도 있다.
또한, 상기 보호부(150)는 안전망(152)의 지지력을 보강하기 위하여 지지프레임(151)이 더 구비될 수도 있다. 상기 지지프레임(151)은 상기 안전망(152)이 파손된 시편(133)의 비산을 방지하기 위하여 배치되는 위치에 구비될 수 있다.
도 3에는 상기와 같이 구성될 수 있는 시험장치(100)를 통해 시편을 파손을 측정하여 얻은 하중-변위 데이터를 나타내는 그래프가 도시되어 있다. 세로축은 충 격시 시편이 흡수한 에너지를 나타내고, 가로축은 시편의 파손 변위를 나타낸다. 시편의 파손을 통해 시편이 흡수한 에너지(하중)를 얻을 수 있고, 이를 통해 다시 평균하중을 얻을 수 있다. 이와 같이 얻은 평균하중 값을 통해 동일 조건의 시편에 대한 평균하중을 구할 수 있게 되어 적용하고자 하는 부품 또는 제품 등에 적용 가능한 대상을 선정할 수 있게 된다.
이와 같은 충돌 시험장치(100)의 적용에 관한 예를 들면, 자동차용 강판의 간략화된 부품이나 실부품의 정확한 충돌특성을 재현성 있게 얻을 수 있기 때문에 자동차용 강판의 충돌특성 시험평가 방법으로 쉽게 적용할 수도 있다. 다시 말해서, 자동차에서 가장 중요한 성능 중 하나인 충돌 특성을 구하기 위한 과정에 적용하여 자동차용 강판 등의 충돌특성을 쉽고 정확하게 구할 수 있다.
상기와 같이 설명된 충돌 시험장치는 상기 설명된 실시예의 구성이 한정되게 적용될 수 있는 것이 아니라, 상기 실시예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 충돌 시험장치의 일 구성예를 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 2는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 충돌 시험장치의 일 구성예를 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 충돌 시험장치를 통해 얻은 하중-변위 데이터를 나타내는 그래프이다.
*도면의 주요 부분에 대한 설명*
100 ... 충돌 시험장치 110 ... 충격력 제공부
111 ... 펌프 112 ... 압축기
113 ... 실린더 114 ... 조절기
120 ... 충격부 121 ... 총돌부재
122 ... 이송레일 130 ... 측정부
131 ... 고정부재 132 ... 측정부재
133 ... 시편 140 ... 완충부
141 ... 지지부재 142 ... 유압 실린더
150 ... 보호부 151 ... 지지프레임
152 ... 안정망
Claims (11)
- 고압의 유체로 작동하는 실린더에 의해 충돌을 위한 작동력을 제공하는 충격력 제공부와;상기 충격력 제공부에 의해 제공된 작동력에 의해 이동하는 충격부와;상기 충격부가 시편과의 충돌에 의해 발생하는 하중을 측정하도록 시편이 탈부착 가능하게 구비된 측정부재가 고정부재에 장착되고, 상기 고정부재는 시편에서 흡수하지 못한 에너지에 의해 상기 충격력 제공부 및 충격부와 독립적으로 이동 가능하게 구성되는 측정부;시편에 의해 흡수되지 않은 충돌에너지를 흡수할 수 있도록 고정부재를 지지하는 완충부;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 충돌 시험장치.
- 제 1 항에 있어서, 상기 충격력 제공부는 일정한 유체의 압력이 실린더에 제공될 수 있도록 압축기가 더 구비되는 것을 특징으로 하는 충돌 시험장치.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 충격력 제공부는 유압에 의해 작동하는 것을 특징으로 하는 충돌 시험장치.
- 제 1 항에 있어서, 상기 충격력 제공부는유체의 압력을 증가시키기 위한 펌프와;상기 펌프에 연결되어 압력이 증가된 유체를 저장하여 일정한 압력으로 공급하는 압축기와;상기 압축기에 의해 공급되는 유체에 의해 충격부를 이동시키도록 작동하는 실린더를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 충돌 시험장치.
- 제 1 항 또는 제 4 항에 있어서, 상기 실린더는 작동력의 세기를 조절할 수 있는 조절기가 더 구비되는 것을 특징으로 하는 충돌 시험장치.
- 삭제
- 삭제
- 제 1 항에 있어서, 상기 완충부는 유압댐퍼로 구성되는 것을 특징으로 하는 충돌 시험장치.
- 삭제
- 제 1 항에 있어서, 상기 시편이 위치되는 측정부의 일 단부로부터 충격부의 위치로 연장되게 배치되는 보호부가 더 구비되는 것을 특징으로 하는 충돌 시험장 치.
- 제 10 항에 있어서, 상기 보호부는 상기 시편이 위치되는 측정부의 일 단부로부터 충격부의 위치로 연장되게 배치되는 지지프레임과;상기 지지프레임의 연장된 길이방향을 따라 이동 가능하게 장착되는 안전망;을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 충돌 시험장치.
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