잔류 응력 측정 시험기(VIC-3D Blue-Falcon Stereo-Systems, Residual Strain, Stress, 분석기, DIC, FEM, Finite Element, 변형률)

 

목차

 

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잔류 응력 측정 시험기

 

VIC-3D Blue-Falcon Stereo-Systems는 고정밀 3D 디지털 이미지 상관법(DIC, Digital Image Correlation)을 이용하여 물체의 변형을 정밀하게 측정하는 장비입니다. 특히 Blue-Falcon 카메라와 ReSA 시스템을 결합하여 복합재료와 같은 특수한 소재에서도 잔류 변형(residual strain)을 정확하게 측정할 수 있도록 설계되었습니다.

 

ReSA 시스템은 홀 드릴링(hole drilling) 기법을 디지털 이미지 상관법(DIC)과 결합하여 잔류 변형을 측정하는 방법을 채택하고 있습니다. 이는 기존의 스트레인 게이지 기반 측정법으로는 정확한 결과를 얻기 어려운 복합재료나 특수 소재에 특히 적합한 방법입니다. 홀 드릴링은 시험체에 아주 작은 구멍을 뚫고, 그 주변에 발생하는 미세한 변형을 고해상도 카메라로 촬영하여 분석하는 방식입니다.

 

이 과정에서는 두 대의 Blue-Falcon 카메라가 사용되며, 최대 40도까지 벌어진 넓은 스테레오 각도를 형성하여 보다 정확한 3D 이미지를 획득합니다. 또한 드릴링을 담당하는 고속 제어 드릴(high-speed controlled drill)이 카메라들 사이에 정확하게 위치하여 중앙에 구멍을 뚫게 됩니다.

 

ReSA 시스템은 드릴링 장치와 Blue-Falcon 카메라 시스템 각각을 위한 미세 직선 스테이지(micro linear stage)를 포함하고 있습니다. 이 스테이지는 드릴 깊이 조정과 카메라 초점 조정을 매우 정밀하게 수행할 수 있도록 도와줍니다. 필요에 따라 모터화된 스테이지나 컴퓨터로 제어 가능한 자동 스테이지를 옵션으로 추가할 수 있습니다.

 

제공된 이미지에서는 오른쪽에 Blue-Falcon Stereo-System 장비의 실제 모습을 볼 수 있으며, 하단에는 홀 드릴링 후 DIC로 측정한 결과와 FEM(유한요소해석) 시뮬레이션 결과를 비교한 예시가 나와 있습니다. 이 비교를 통해 DIC 방식이 FEM 결과와 매우 유사하게 나타남을 확인할 수 있으며, 이는 시스템의 높은 신뢰성과 정확성을 입증하는 사례입니다.

 

 

 

Strain Gauage vs ReSA 시스템 비교

 

 

 

 

 

 

 

 

잔류 응력(Residual Stress) 분석 예제

 

 

 

 

오른쪽 그림을 보시면, 왼쪽은 FEM 시뮬레이션 결과 (FEM) 오른쪽은 실제 DIC 측정 결과 (DIC) 를 보여줍니다. 구멍을 다른 깊이(depth)로 드릴링하면서 관찰했는데, 깊이에 따라 변형 패턴이 변화하는 것을 확인할 수 있습니다.

 

• 첫 번째 줄: 깊이 0.28 mm
• 두 번째 줄: 깊이 0.56 mm
• 세 번째 줄: 깊이 0.84 mm

 

그림을 통해 FEM 결과와 실제 측정 결과가 매우 유사함을 확인할 수 있습니다. 이는 시뮬레이션이 신뢰할 수 있음을 보여주는 중요한 근거입니다.

 

얕은 깊이(0.28mm)에서는 약한 압축응력(음수)이 존재합니다. 0.56mm 깊이에서는 높은 인장응력(양수)이 나타납니다. 0.84mm 깊이에서는 다시 약한 압축응력이 발생합니다. 1.09mm 깊이에서는 강한 인장응력이 관찰됩니다.

 

즉, 복합재료 내부에서는 층에 따라 응력 분포가 다르게 나타난다는 것을 알 수 있습니다.

 

 

해당 내용과 관련해서 팜테크에서 시스템 솔루션을 제공하고 있습니다.  관심 있으시면 아래 홈페이지 또는 연락처를 통해 문의 주시면 됩니다. :)

 

https://famtech.co.kr/sub04/01_01.php