새로운 소재의 개발이 활발하게 진행되고 있는 오늘날에도 구조용 재료와 기계부품의 대부분은 철강 제품이 차지하고 있다. 철강 제품은 재료의 특성상 제조공정 또는 부품의 조립시 응력이 발생하게 되며 발생된 응력은 잔류응력으로 남아 재료의 파괴강도에 영향을 미치게 된다. 강재의 응력 및 잔류응력을 측정하는 방법은 여러 가지가 있지만 두 가지로 대별하면 스트레인게이지(strain gauge)로 응력의 변화를 측정하는 방법과 X-선, 초음파, 자기변형효과(magnetostriction effect) 등을 이용한 비파괴 응력 측정방법으로 나눌 수 있다. 전자는 정밀도가 높은 측정이 가능하기 때문에 널리 사용되고 있는 방법이지만 외력에 의한 응력이나 잔류응력이 없는 상태에 미리 ...
새로운 소재의 개발이 활발하게 진행되고 있는 오늘날에도 구조용 재료와 기계부품의 대부분은 철강 제품이 차지하고 있다. 철강 제품은 재료의 특성상 제조공정 또는 부품의 조립시 응력이 발생하게 되며 발생된 응력은 잔류응력으로 남아 재료의 파괴강도에 영향을 미치게 된다. 강재의 응력 및 잔류응력을 측정하는 방법은 여러 가지가 있지만 두 가지로 대별하면 스트레인게이지(strain gauge)로 응력의 변화를 측정하는 방법과 X-선, 초음파, 자기변형효과(magnetostriction effect) 등을 이용한 비파괴 응력 측정방법으로 나눌 수 있다. 전자는 정밀도가 높은 측정이 가능하기 때문에 널리 사용되고 있는 방법이지만 외력에 의한 응력이나 잔류응력이 없는 상태에 미리 스트레인게이지를 부착하여 응력을 측정해야 하는 어려움이 있다. 반면 후자는 오래 전에 축조된 구조물이라도 응력측정이 가능할 뿐만 아니라 잔류응력의 측정에도 매우 유용하다. 비파괴 응력 측정 기법인 X-선을 이용한 장치는 대형으로 손쉽게 운반이 어려우며 구조물의 임의 지점에서의 응력측정에는 부적합하다. 또한 초음파와 자기변형효과를 이용한 방법은 아직 실용화하기에는 어려움이 있으나 이를 위한 연구가 계속 진행되고 있다. 본 연구에서는 강구조물에 대한 비파괴 응력 계측에 대한 연구를 수행하기 위하여 자기변형효과를 이용한 자기이방성센서를 제작하였으며, 스트레인 게이지와 제작된 자기이방성센서를 이용하여 일반구조용 압연강재인 SS400과 용접구조용 압연강재인 SM490에 대한 강판 휨시험을 수행하여 하중단계별 출력전압과 응력 분포를 분석하였다. 그리고 출력전압과 응력값을 회귀 분석하여 상관관계를 도출하였다. 강판 휨실험 결과로부터 도출된 상관관계식을 이용하여 H형강 휨실험을 수행하여 자기이방성센서로 측정된 응력과 스트레인게이지로 측정된 응력을 비교하였다. 강판 휨실험 결과, 열처리 가공 전과 후의 실험 결과를 비교하여 보면 열처리 가공 전의 시험편은 3차 다항식의 관계를 보이고 있으며, 열처리 가공 후의 시험편은 선형적인 관계를 나타내는 것으로 나타났다. 이것은 열처리 가공으로 인하여 강재 내부에 존재하고 있던 잔류응력이 소산되어 곡선구간이 선형으로 나타나는 것으로 판단된다. 자기이방성센서를 이용하여 H형강 휨실험시 초기 무하중 상태에서 측정된 상부 플랜지 중앙부와 좌우측의 응력차이는 약 80～100MPa 정도로 나타나고 있으며, 하부 플랜지 역시 유사한 경향을 나타내고 있음을 알 수 있다. 또한 좌측과 우측 웹부분 역시 -80～-100MPa 정도로 나타나고 있다. 이는 H형강의 이론적인 잔류응력 분포와 동일한 것으로 판단된다. 또한 강판의 휨 실험 결과를 토대로 분석기법을 달리하여 하중단계에 따른 스트레인 게이지의 응력 변화량과 자기이방성센서의 출력전압의 변화량을 비교․분석한 결과, 무하중시 자기이방성센서에서 측정된 출력전압을 초기값으로 두고 하중단계에 따른 출력전압의 변화량과 스트레인 게이지로 측정된 응력 변화량은 선형적인 관계를 가지고 있는 것으로 나타났으며, 잔류응력 제거를 위해 열처리를 한 경우가 그렇지 않은 경우보다 더 높은 상관관계를 나타내고 있음을 알 수 있었다. 그리고 H-형강의 휨 실험 결과를 동일한 방법으로 분석한 결과, 하중단계에 따른 스트레인 게이지의 응력 변화량과 자기이방성센서로 측정된 응력 변화량을 유사한 경향을 나타내고 있으며, 최대 20MPa 정도의 차이를 나타내고 있음을 알 수 있다.Even today when the development of new materials is being progressed lively, steel manufactures are accounted for the most of the structural materials and mechanical parts. About the steel manufactures, the stress may occur for the manufacturing process or assembly of parts by the nature of the material, and the occurred stress has the effects on the breaking strength of materials by being remained as the residual stress. There are many methods to measure the stress and residual stress of the structural steel, but 의 stress and residual stress, it can be divided broadly into two methods such as measuring the change of stress by the strain gauge and the stress measurement testing using X ray, ultrasonic waves, magnetostriction effect etc. The former is the method which is used widely for possibility of measuring high degree of precision, but there is difficulty to measure the stress by attaching the strain gauge in the state without stress or residual stress by external force. On the other hand, the latter is the measuring stress possible to the structures which is constructed a long time ago, and it is also very useful for measuring the residual stress. The device using X ray as the stress measurement testing is difficult to be transported easy due to large size, and it is invalid for measuring stress in the random point of structures. In addition, the method using the ultrasonic waves and magnetostriction effect is still difficult to be commercialized, but the study is progressing continually. This study produced the magnetic-anisotropy sensor using magnetostriction effect in order to carry out the study on the stress measurement testing about steel components, and analyzed the output voltage by loading steps and stress distribution by carrying out the steel plate bending test about SS400 as structural rolled steel and SM490 as rolled steel for welding structure using the strain gauge and produced magnetic-anisotropy sensor. In addition, the correlation was drawn by regression analysis of output voltage and stress value. The stress which was measured by magnetic-anisotropy sensor and the stress which was measured by strain gauge were compared by the H-shape bending test using correlation formula drawn from the steel plate bending the result of an experiment. Comparing the results of an experiment before and after the steel plate bending the result of an experiment and stress relief heat treatment, the test specimen before the stress relief heat treatment showed the relation of the cubic polynomial, and the test specimen after the stress relief heat treatment showed the linear relationship. It is judged that the curve section is appeared as linear by the residual stress in the structural steel produced by the stress relief heat treatment. The difference of the stress of the center of top flange and left and right parts which was measured in the initial condition of no load of H-shape bending test by using magnetic-anisotropy sensor was shown as about 80～100MPa, and the flange of the bottom parts also showed a similar trend. And the left and right web parts also were shown as about –80～-100MPa. It is judged as same with H-shape theoretical residual stress distribution. In addition, as results of comparing and analyzing variations of the stress variation of strain gauge and output voltage of the magnetic-anisotropy sensor depending on the loading steps by each different analysis technique based on the result of an experiment about bending of steel plate, the variation of output voltage depending on loading steps and the stress variation measured by the strain gauge have the linear relationship by the output voltage measured in the magnetic-anisotropy sensor as the initial value for no load, and it can be seen that the case of the stress relief heat treatment for removing the residual stress has higher correlation than the opposite case. In addition, as results of analysis of the H-shape bending the result of an experiment in the same way, the stress variation of strain gauge depending on the loading steps and the stress variation measured by the magnetic-anisotropy sensor appeared a similar trend, and it showed difference of maximum 20MPa.
새로운 소재의 개발이 활발하게 진행되고 있는 오늘날에도 구조용 재료와 기계부품의 대부분은 철강 제품이 차지하고 있다. 철강 제품은 재료의 특성상 제조공정 또는 부품의 조립시 응력이 발생하게 되며 발생된 응력은 잔류응력으로 남아 재료의 파괴강도에 영향을 미치게 된다. 강재의 응력 및 잔류응력을 측정하는 방법은 여러 가지가 있지만 두 가지로 대별하면 스트레인게이지(strain gauge)로 응력의 변화를 측정하는 방법과 X-선, 초음파, 자기변형효과(magnetostriction effect) 등을 이용한 비파괴 응력 측정방법으로 나눌 수 있다. 전자는 정밀도가 높은 측정이 가능하기 때문에 널리 사용되고 있는 방법이지만 외력에 의한 응력이나 잔류응력이 없는 상태에 미리 스트레인게이지를 부착하여 응력을 측정해야 하는 어려움이 있다. 반면 후자는 오래 전에 축조된 구조물이라도 응력측정이 가능할 뿐만 아니라 잔류응력의 측정에도 매우 유용하다. 비파괴 응력 측정 기법인 X-선을 이용한 장치는 대형으로 손쉽게 운반이 어려우며 구조물의 임의 지점에서의 응력측정에는 부적합하다. 또한 초음파와 자기변형효과를 이용한 방법은 아직 실용화하기에는 어려움이 있으나 이를 위한 연구가 계속 진행되고 있다. 본 연구에서는 강구조물에 대한 비파괴 응력 계측에 대한 연구를 수행하기 위하여 자기변형효과를 이용한 자기이방성센서를 제작하였으며, 스트레인 게이지와 제작된 자기이방성센서를 이용하여 일반구조용 압연강재인 SS400과 용접구조용 압연강재인 SM490에 대한 강판 휨시험을 수행하여 하중단계별 출력전압과 응력 분포를 분석하였다. 그리고 출력전압과 응력값을 회귀 분석하여 상관관계를 도출하였다. 강판 휨실험 결과로부터 도출된 상관관계식을 이용하여 H형강 휨실험을 수행하여 자기이방성센서로 측정된 응력과 스트레인게이지로 측정된 응력을 비교하였다. 강판 휨실험 결과, 열처리 가공 전과 후의 실험 결과를 비교하여 보면 열처리 가공 전의 시험편은 3차 다항식의 관계를 보이고 있으며, 열처리 가공 후의 시험편은 선형적인 관계를 나타내는 것으로 나타났다. 이것은 열처리 가공으로 인하여 강재 내부에 존재하고 있던 잔류응력이 소산되어 곡선구간이 선형으로 나타나는 것으로 판단된다. 자기이방성센서를 이용하여 H형강 휨실험시 초기 무하중 상태에서 측정된 상부 플랜지 중앙부와 좌우측의 응력차이는 약 80～100MPa 정도로 나타나고 있으며, 하부 플랜지 역시 유사한 경향을 나타내고 있음을 알 수 있다. 또한 좌측과 우측 웹부분 역시 -80～-100MPa 정도로 나타나고 있다. 이는 H형강의 이론적인 잔류응력 분포와 동일한 것으로 판단된다. 또한 강판의 휨 실험 결과를 토대로 분석기법을 달리하여 하중단계에 따른 스트레인 게이지의 응력 변화량과 자기이방성센서의 출력전압의 변화량을 비교․분석한 결과, 무하중시 자기이방성센서에서 측정된 출력전압을 초기값으로 두고 하중단계에 따른 출력전압의 변화량과 스트레인 게이지로 측정된 응력 변화량은 선형적인 관계를 가지고 있는 것으로 나타났으며, 잔류응력 제거를 위해 열처리를 한 경우가 그렇지 않은 경우보다 더 높은 상관관계를 나타내고 있음을 알 수 있었다. 그리고 H-형강의 휨 실험 결과를 동일한 방법으로 분석한 결과, 하중단계에 따른 스트레인 게이지의 응력 변화량과 자기이방성센서로 측정된 응력 변화량을 유사한 경향을 나타내고 있으며, 최대 20MPa 정도의 차이를 나타내고 있음을 알 수 있다.Even today when the development of new materials is being progressed lively, steel manufactures are accounted for the most of the structural materials and mechanical parts. About the steel manufactures, the stress may occur for the manufacturing process or assembly of parts by the nature of the material, and the occurred stress has the effects on the breaking strength of materials by being remained as the residual stress. There are many methods to measure the stress and residual stress of the structural steel, but 의 stress and residual stress, it can be divided broadly into two methods such as measuring the change of stress by the strain gauge and the stress measurement testing using X ray, ultrasonic waves, magnetostriction effect etc. The former is the method which is used widely for possibility of measuring high degree of precision, but there is difficulty to measure the stress by attaching the strain gauge in the state without stress or residual stress by external force. On the other hand, the latter is the measuring stress possible to the structures which is constructed a long time ago, and it is also very useful for measuring the residual stress. The device using X ray as the stress measurement testing is difficult to be transported easy due to large size, and it is invalid for measuring stress in the random point of structures. In addition, the method using the ultrasonic waves and magnetostriction effect is still difficult to be commercialized, but the study is progressing continually. This study produced the magnetic-anisotropy sensor using magnetostriction effect in order to carry out the study on the stress measurement testing about steel components, and analyzed the output voltage by loading steps and stress distribution by carrying out the steel plate bending test about SS400 as structural rolled steel and SM490 as rolled steel for welding structure using the strain gauge and produced magnetic-anisotropy sensor. In addition, the correlation was drawn by regression analysis of output voltage and stress value. The stress which was measured by magnetic-anisotropy sensor and the stress which was measured by strain gauge were compared by the H-shape bending test using correlation formula drawn from the steel plate bending the result of an experiment. Comparing the results of an experiment before and after the steel plate bending the result of an experiment and stress relief heat treatment, the test specimen before the stress relief heat treatment showed the relation of the cubic polynomial, and the test specimen after the stress relief heat treatment showed the linear relationship. It is judged that the curve section is appeared as linear by the residual stress in the structural steel produced by the stress relief heat treatment. The difference of the stress of the center of top flange and left and right parts which was measured in the initial condition of no load of H-shape bending test by using magnetic-anisotropy sensor was shown as about 80～100MPa, and the flange of the bottom parts also showed a similar trend. And the left and right web parts also were shown as about –80～-100MPa. It is judged as same with H-shape theoretical residual stress distribution. In addition, as results of comparing and analyzing variations of the stress variation of strain gauge and output voltage of the magnetic-anisotropy sensor depending on the loading steps by each different analysis technique based on the result of an experiment about bending of steel plate, the variation of output voltage depending on loading steps and the stress variation measured by the strain gauge have the linear relationship by the output voltage measured in the magnetic-anisotropy sensor as the initial value for no load, and it can be seen that the case of the stress relief heat treatment for removing the residual stress has higher correlation than the opposite case. In addition, as results of analysis of the H-shape bending the result of an experiment in the same way, the stress variation of strain gauge depending on the loading steps and the stress variation measured by the magnetic-anisotropy sensor appeared a similar trend, and it showed difference of maximum 20MPa.
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