김운경
2000-05-22 12:48:02
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주철의 탄성계수 때문에 고생한 경험이 있습니다.
로봇을 설계하고 Prototype 을 제작하고 난후 시험을 할 때 였습니다. Prototype 이였기 때문에 Arm 의 강도가 충분한지 변형량은 적정값에 있는지 알아보기 위하여 Arm 의 각 부에 Strain guage 를 붙여 응력 시험을 하게 됩니다. 시험 결과는 잘 나왔고 Strain 값을 정리하여 각부에 걸리는 최대응력을 환산 하였습니다. 응력=strainx탄성계수로 계산하여 보았더니 이게 왠일 입니까? 주철에 걸리는 응력이 12 kgf/cm2 가까이 나오는게 아닙니까? FCD450의 피로한도는 대략 18 kgf/cm2 인데 Arm 의 형상이 복잡하여 노치효과를 고려하면 Arm이 사용중 파괴가 일어난다는 얘기인데 아찔하더군요.
시험 결과가 좋냐는 후배들의 말을 대충 얼버무리고 혼자 고민에 빠졌습니다. 개발일정이 빡빡한데 이걸 어쩌지.. 목형을 다시뜨고 제작하자면 1달 이상은 까먹는다는 얘기고.. 혼자 앓고 있었죠.
그다음날 주조 전문가를 찾아갔죠. 이런 저런 얘기하다가 주철의 탄성계수는 1.0x1000000 Kgf/cm2 이라는게 아님니까? Arm 이 일반 강재와 같이 있어서 응력 계산할때 모두 탄성계수는 2.1x 1,000,000 로 해버렸었죠.
지금도 그때일을 생각하면 웃음이 나옵니다. 그때 그부이 얼마나 고마웠던지.. 주철의 E 값은 2.1 이 아니라 1x1,000,000 Kgf/cm2 입니다.
로봇을 설계하고 Prototype 을 제작하고 난후 시험을 할 때 였습니다. Prototype 이였기 때문에 Arm 의 강도가 충분한지 변형량은 적정값에 있는지 알아보기 위하여 Arm 의 각 부에 Strain guage 를 붙여 응력 시험을 하게 됩니다. 시험 결과는 잘 나왔고 Strain 값을 정리하여 각부에 걸리는 최대응력을 환산 하였습니다. 응력=strainx탄성계수로 계산하여 보았더니 이게 왠일 입니까? 주철에 걸리는 응력이 12 kgf/cm2 가까이 나오는게 아닙니까? FCD450의 피로한도는 대략 18 kgf/cm2 인데 Arm 의 형상이 복잡하여 노치효과를 고려하면 Arm이 사용중 파괴가 일어난다는 얘기인데 아찔하더군요.
시험 결과가 좋냐는 후배들의 말을 대충 얼버무리고 혼자 고민에 빠졌습니다. 개발일정이 빡빡한데 이걸 어쩌지.. 목형을 다시뜨고 제작하자면 1달 이상은 까먹는다는 얘기고.. 혼자 앓고 있었죠.
그다음날 주조 전문가를 찾아갔죠. 이런 저런 얘기하다가 주철의 탄성계수는 1.0x1000000 Kgf/cm2 이라는게 아님니까? Arm 이 일반 강재와 같이 있어서 응력 계산할때 모두 탄성계수는 2.1x 1,000,000 로 해버렸었죠.
지금도 그때일을 생각하면 웃음이 나옵니다. 그때 그부이 얼마나 고마웠던지.. 주철의 E 값은 2.1 이 아니라 1x1,000,000 Kgf/cm2 입니다.
우리가 일반적으로 부닥치는 문제는 일반 저탄소강 입니다. 하지만 가끔가다 주철(고탄소강)이나 동 같은 재질의 강성도 평가를 할때가 있죠. 특히 주철이나 동은 제가 경험하건테 인장 시험을 해보면 흔히 재료 역학책에서 보는 그런 Curve를 얻을수가 없습니다. 일반강의 항복점은 0.2% strain offset을 해서 얻어야 하고, Young`s modulus는 proportional limit까지 직선으로 그어 이 기울기를 이용해서 구해야 하나, 주철이나 동 같은 재료는 도대체 선형 부분이 거의 없어요. 그래서 일반강과는 달리 strain offset 값을 달리해서 얻어야 합니다(KS Standard). 가장 정확한 계산 방법은 제품에서 직접 시편을 채취해서 하중 변위 선도를 얻고 그 값을 사용해야 합니다. 시험해보면 알겠지만 앞에분이 얻은 그 data도 많은 Variation이 있어요.즉 믿을만한것이 안되니까 안전율을 많이 두라는 것이죠. 그리고 주강이나, 주철은 응고 속도에 따라 재질의 강성 특성이 틀려요 그러니까 두꺼운 주철과 얇은 주철의 young`s modulus 및 항복 강도, 인장강도가 각각 틀리죠. 그리고 표층부와 내부도 틀립니다. 하옇튼 일반적으로 구할수 있는 Material properties는 믿을게 못됩니다.
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