일상생활과 산업현장에서 측정되는 힘의 범위를 정리해 보면 Fig. 1 과 같다. 힘의 SI 단위인 1뉴턴(N : 단위 질량 1 kg에 대해 1$m/s^2$ 의 가속도를 생기게 하는 힘의 크기임 정성적으로는 사과 반쪽을 손에 들고 있을 때 느끼는 중력의 크기가 약 1 N임)을 기준으로 크게는 수십 MN($10^{6}$ N) 크기의 우주선에서 발생하는 추진력에서부터 작게는 수 PN($10^{-12}$ N) 크기의 원자들 사이의 결합력까지 그 범위가 매우 광범위하다.
This paper describes a deadweight force standard machine with the weight change mechanism which can be used as a primary force standards at a national metrology institute. Since commercial deadweight force machine can generate forces by hanging weights to the weight supporter serially, force steps from deadweight force measuring devices of each having different capacity. In order to increase the force steps, we have specially designed a weight mechanism in which the machine can select the necessary weights and generate the load by hanging the selected weights to the weight supporter. The machine can generate 속 force of the range of 2 kN to 110 kN with force step of 1 kN. All weights have been accurately compensated and calibrated by a mass comparator and its standard uncertainty is less than 2.2 ${\times}\;10^{-6}$. The relative expanded uncertainty of the machine is 1.3 ${\times}\;10^{-5}$.
본 논문에서는 다축 로드셀의 특성을 평가할 수 있는 실하중 6분력 힘 및 모멘트 발생장치를 개발하였다. 정확한 힘과 모멘트를 발생시키고 각 분력 간의 상호 작용 오차를 최소화하기 위해 몇 가지 새로운 방법을 도입하였다. 제작된 힘/모멘트 발생장치의 신뢰성을 검증하기 위하여 상용 토크셀과 본 논문에서 고안하여 제작한 양단 고정보 형태의 측정장치를 이용하여 모멘트 발생 방법을 평가하고 하중 간의 상호 측정을 수행하였다.
In order to reduce the systematic error of a build-up system, we have proposed a new test procedure in which all force transducers in a build-up system are rotated by 90.deg. with a base platen fixed on a force standard machine. The setting positions of force transducers on the output of a build-up system were investigated using an orthogonal array. The effects of the parallelism of a build-up system and of the bending moment sensitivity of a force transducer were considered. The experimental results show that the setting position of the base platen hardly affects the output of the build-up system, but the setting positions of force transducers affects it strongly. It reveals that the new test procedure reduces effectively the systematic error of a build-up system.
This paper describes the calibration method and the calculation equations of expanded uncertainty for a precision electric force measuring device. The calibration of the electric force measuring device is performed three times (0 ${\circ}$(first time), $120{\circ}$(second time), $240{\circ}$(third time)) at each calibration point. It is usually selected ten points from zero load to rated load of the electric force measuring device. The expanded uncertainty is calculated by combining A type standard uncertainty and B type standard uncertainty. The calibration method and the calculation equations of expanded uncertainty can be widely used in the calibration of the precision electric force measuring device.
Force measuring devices should be calibrated to guarantee their test results. In order to establish the force standards in Korea, deadweight machines of 5 kN, 20 kN, 100 kN and 500 kN capacity and a hydraulic force standard machine of 2 MN capacity were installed at the Korea Research Institute of Standards and Science(KRISS). As heavy industries in Korea have been developed, we should measure large forces over 2 MN capacity precisely in industries. We developed a 10 MN force standard machine with built-in force transducers which is more compact and cheaper than hydraulic force standard machines which have been widely used as large force standards in most national metrology laboratories. Test results reveal that the relative expanded uncertainty of the force machine is less than 4.1 $\times$ 10-4 in the range of 1 MN-4.5 MN.
나노압입시험기의 힘교정과 압입자에 대한 3차원 형상 관찰 및 분석이 본 연구에서 진행되었다. 표준분동으로 교정한 마이크로밸런스로 나노압입시험기에서 발생시킨 하중을 측정하여 측정치와 발생치의 비로 압입하중을 교정하였고, 나노압입시험의 시작점인 초기 접촉 하중도 확인할 수 있었다. 삼각뿔 압입자를 원자현미경으로 관찰하여 분석한 결과 비교적 사용이력이 없는 압입자 A와 마모된 압입자 B의 첨단곡률반경은 각각 $19.71{\pm}3.03$ nm와 $1043.94{\pm}50.91$ nm로 결정되었다. 완벽한 삼각뿔 압입자 형상과 중첩하여 압입자 A와 B의 첨단무딘깊이(bluntness depth)를 1.22 nm와 64.56 nm로 결정하였고, 용해실리카 기준시편에 수행한 나노압입시험 결과를 살펴본 결과 두 압입자의 압입하중-변위곡선들이 무딘깊이 차이만큼 수평축으로 서로 어긋나 있음을 확인할 수 있었다. 수평 이동을 통해 보정된 압입곡선의 분석을 통해 개별 압입자 면적함수에 대한 고려없이 1.11 % 이내에서 동일한 용해실리카의 나노경도를 결정할 수 있었다.
For the establishment of large force standard and the accurate measurement of large force, 2MN hydraulic force standard machine which consists of loading frame, deadweight machine, two ram/cylinder systems and hydraulic control system was designed and fabricated. Measurement results of shapes for tow ram/cylinders reveal that the ratio of effective area is 200.094. The relative deviation of force stability for the machine is about .+-. 0.01% at 2MN and is less than .+-. 0.005% below 2MN. This machine may be widely used to calibrate the force measuring devices in industry and to test the force sensors.
본 논문에서는 비선형해석이라는 복잡한 과정을 거치지 않고도 사장교 시스템의 초기형상을 효율적이고 합리적으로 결정하는 방법을 제시하고자 한다. 사장교 시스템의 초기형상해석이라 함은 주형의 수직 처짐과 휨모멘트, 주탑의 수평변위와 휨모멘트를 최소화하면서, 고정하중과 평형을 이룰 수 있는 케이블의 장력과 무응력길이를 결정하는 방법으로 이때, 케이블이 정착되는 주형의 수평위치, 주탑의 수직위치가 변하지 않아야 한다. 본 연구에서는 주형과 주탑의 케이블 정착부에서 힘의 평형조건을 이용하여 주형의 수직 처짐과 주탑의 수평변위를 효과적으로 제어할 수 있는 장력 산정법을 사장교의 형태별로 정리하여 제시하였으며, 2차원 사장교 예제들에 대하여 기존 연구의 방법들과 장력, 주형의 모멘트와 처짐 등을 비교하였다. 또한 3차원 실교량에 대해 Improved TCUD법으로 초기형상해석을 수행하여 그 결과와 비교함으로서 본 방법의 정확성을 입증하고자 하였다.
차량이 주행 중에 그리고 항공기가 활주로에 착륙하는 순간과 활주 중에 발생하는 피로는 착륙장치, 기체와 차량의 현가장치 등에 수명 주기와 밀접한 관련이 있다. 휠에 작용하는 하중들은 종축 힘, 횡력, 수직력과 제동력이다. 차량의 동특성과 내구성을 연구하기 위해 본 논문의 시뮬레이터는 시험실에서 실제 노면 형상을 재현에 사용된다. 그러므로 제품 개발 시간과 비용을 절감할 수 있다. 하드웨어적으로 유압 피로 시뮬레이터 구조의 중요한 요소는 각 축을 분리하고 여러 하중과 진동을 견뎌내는 것이다. 본 논문의 역기구학적 해석 방법은 Dummy wheel 중심에서 축 방향으로 최대 동작 변위를 준 후 커플링에 의한 유압 서보 작동기의 작동 크기를 도출한다. 해석의 결과는 실제 노면 형상을 정확하게 재현하기 위해 축 간의 커플링이 미약함을 확인하는 것이다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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