초록 ▼

이제까지 수입에만 의존해 오던 많은 기계부품들이 점차 국산화되면서 자동차의 axle housing과 같은 몇몇 주요부품들의 피로하중에 대한 내구성평가가 절실히 요구되고 있다. 그러나 이를 위한 실제구조물 시험장치는 찾아보기 힘들며 대부분은 시편용 피로시험장치이다. 이에 본 연구에서는 구조물 피로시험을 위한 유압식 하중장치를 고려하였으며 주요 구성품으로는 test frame, loading fixture, hydraulic system 및 control system이 있다.
프레임은 4개의 column과 crosshead 및

이제까지 수입에만 의존해 오던 많은 기계부품들이 점차 국산화되면서 자동차의 axle housing과 같은 몇몇 주요부품들의 피로하중에 대한 내구성평가가 절실히 요구되고 있다. 그러나 이를 위한 실제구조물 시험장치는 찾아보기 힘들며 대부분은 시편용 피로시험장치이다. 이에 본 연구에서는 구조물 피로시험을 위한 유압식 하중장치를 고려하였으며 주요 구성품으로는 test frame, loading fixture, hydraulic system 및 control system이 있다.
프레임은 4개의 column과 crosshead 및 test bed로 되어 있고 dynamic 50 ton 용량의 actuator가 crosshead위에 부착되어 있으며 actuator의 piston rod 끝에는 load cell이 연결되어 있다.
Crosshead와 test bed의 설계를 위한 computer program 을 개발하였고 유한요소법에 의한 이론응력해석과 광탄성에 의한 실험응력해석을 실시, 설계에 이용하였다. 유압시스템의 일부인 clamping 실린더와 lifting 실린더를 설계 개발, 국내 제작에 성공하였으며 crosshead와 column 간에 발생하기 쉬운 마모 및 fretting fatigue에 대한 기술적 어려움도 해결하였다. 한편 프레임 소재에 대해서는 UT(ultrasonic test)를 실시하여 주조 및 가공상의 결함에 대한 만전을 기하였다. 시험기 프레임의 고유 진동수(natural frequency)는 190Hz 이상으로 계산되었는데 실제 실험할때 사용될 진동수 0.1-10 Hz보다 상당히 높아 프레임 구조물이 안정되어 있음을 알 수 있다.
다음은 시험기 개발에 따른 관련기관 및 업체를 나타낸다.
1) 시스템 설계 : 한국기계연구소
2) 프레임 제작 : 한국중공업(주)
3) 유압실린더 제작 : 동양유압(주)
4) Actuator and Controller : INSTRON

Abstract ▼

Many machinery components which have been imported are forced by Goverment to be manufactured in Korea machinery industry. Some machinery parts such as axle housing are very critical, so that they must be tested under fatigue loading.
There are many fatigue machines for specimen testing, but they

Many machinery components which have been imported are forced by Goverment to be manufactured in Korea machinery industry. Some machinery parts such as axle housing are very critical, so that they must be tested under fatigue loading.
There are many fatigue machines for specimen testing, but they are very rare for actual structure of component testing. To perform the fatigue testing of components and structures, a closed loop servohydraulic testing system was considered in conceptual design stage.
The testing system consists of test frame, loading fixture, hydraulic system and controller.
Test frame has four colums, crosshead and test bed. 50 ton hydraulic actuator is installed on the crosshead and the end of the actuator rod is connected to load cell.
Computer program was developed to design the crosshead and test bed.
Theoretical stress analysis with finite element method, experimental stress analysis with photoelastic method have been performed for the crosshead design. Hydraulic cylinders were designed to lift and clamp the crosshead. Aluminum bushings were used between columns and crosshead to avoid the fretting fatigue. In the manufacturing process of the test bed ultrasonic test was performed.
Natural frequency of the system was calculated. It was over 190Hz, much higher than the actual testing frequency of about 10 Hz, which shows that the test frame has a very stable structure.
Selection of other system components such as hydraulic actuator, electronic controller is within the scope of present research.
Following organization and companies involved in the large structural fatigue testing system;
1) Total system design : Korea Institute of Machinery and Metals
2) Frame manufacturing : Korea Heavy Industries & Construction Co.
3) Hydraulic cylinder : Dongyang Hydraulics Co.
4) Actuator and controller : Instron Co.

목차 Contents

• 표지 ...1
• 제출문 ...5
• 요약문 ...7
• SUMMARY ...11
• 목차 ...17
• List of IIIustrations ...19
• List of Tables ...23
• 제 1 장 서 론...25
• 제 2 장 설계개요...27
• 제 3 장 Crosshead의 설계 및 이론해석...33
• 3.1 설계 제한 조건...35
• 3.2 Crosshead의 이론 해석...38
• 3.3 FEM Package를 이용한 data 분석...57
• 제 4 장 Crosshead의 실험응력해석...63
• 4.1 광탄성 무늬와 응력과의 관계...63
• 4.2 Model 제작...65
• 4.3 측 정...68
• 4.4 측정결과...70
• 4.5 광탄성 실험결과에 대한 고찰...72
• 제 5 장 Column 및 Test Bed 의 설계...73
• 5.1 Column 설계...73
• 5.2 Test Bed 설계...84
• 제 6 장 프레임의 검사 및 사양...93
• 6.1 UT 검사...93
• 6.2 정밀도 검사...96
• 6.3 시험기의 고유진동수...98
• 6.4 시험기 사양 및 치수...100
• 제 7 장 Bending Test Fixture 설계...104
• 7.1 Loading Beam 설계...104
• 7.2 Fixture 설계...110
• 제 8 장 유압실린더...111
• 8.1 Clamping 실린더...111
• 8.2 Lifting 실린더...113
• 8.3 유압회로...116
• 제 9 장 제어 및 유압 시스템...120
• 9.1 제어시스템...120
• 9.2 유압시스템...124
• 9.3 하중가진 및 측정장치...127
• 제 10 장 결론 및 활용도...132
• 10.1 결 론...132
• 10.2 시험기의 활용방안...133
• Appendix...135
• A. 시험기 설치를 위한 기초공사...137
• B. Computer Programs...144
• C. Drawings...154
• 참 고 문 헌...159