만능재료시험기와 압축시험기 설명

에이 만능재료시험기 (UTM)은 단일 플랫폼에서 인장, 압축, 굽힘, 전단 및 박리 테스트를 수행합니다. 압축 시험기 압축 로딩만 수행합니다. UTM은 더 성능이 뛰어나고 더 비싼 장비입니다. 이중 컬럼 또는 4칼럼 프레임, 양방향 액추에이터 및 교체 가능한 그립 시스템을 통해 힘의 방향을 바꿀 수 있으며 거의 ​​모든 테스트 형상을 수용할 수 있습니다. 압축 시험기는 하향 압축 하중 전용으로 제작되었습니다. 인장력을 가하는 메커니즘이 없으므로 비용이 저렴하고 작동이 간편하며 콘크리트 큐브 테스트, 벽돌 테스트 및 포장 압축과 같은 대용량 압축 관련 테스트에 더 적합합니다. 실험실에서 압축 외에 인장이나 굽힘 상태에서도 재료를 테스트하는 경우 UTM이 올바른 선택입니다. 귀하의 작업이 독점적으로 압축적인 경우(특히 콘크리트 및 석조와 같은 고하중 구조 자재) 전용 압축 시험기는 더 나은 가치를 제공하며 종종 달러당 더 높은 힘 용량을 제공합니다.

핵심 설계 차이점: 각 기계의 용도

만능재료시험기 아키텍처

UTM은 상단의 고정 크로스헤드와 리드 스크류, 유압 실린더 또는 벨트 및 풀리 시스템으로 구동되는 이동식 크로스헤드를 지원하는 구조 프레임(일반적으로 2개 또는 4개의 하중 지지 기둥) 주위에 구축됩니다. 액추에이터는 양방향입니다. 동일한 힘 용량으로 크로스헤드를 위쪽(장력)과 아래쪽(압축)으로 움직일 수 있습니다. 로드 셀은 액추에이터와 그립 사이에 인라인으로 장착되어 양방향에서 힘을 측정합니다. 이 대칭형 양방향 설계 덕분에 기계가 "보편적"으로 만들어졌습니다.

크로스헤드 사이의 테스트 공간은 양쪽에서 접근 가능하므로 긴 시편을 축 방향으로 로드할 수 있습니다. 상단 및 하단 그립 또는 고정 장치는 상호 교환 가능합니다. 동일한 기계는 인장 그립에 6mm 와이어를 고정하거나, 플랫 플래튼 사이의 폼 블록을 압축하거나, 단순히 툴링을 교체하여 3점 굽힘 고정 장치에 걸쳐 빔을 구부릴 수 있습니다. UTM의 범위는 다음과 같습니다. 포장 및 필름용 100N 벤치탑 장치, 구조용 강철 및 콘크리트용 최대 2,000kN 플로어 스탠딩 기계 .

압축 시험기 아키텍처

콘크리트 압축 시험기 또는 큐브 프레스라고도 불리는 압축 시험기(CTM)는 견고한 베이스 프레임, 고정된 하부 압반, 유압 잭 또는 전기 기계식 액추에이터에 의해 아래쪽으로 구동되는 상부 압반으로 구성됩니다. 로딩 방향은 단방향입니다. 상부 압반이 내려가고 시편이 두 압반 사이에서 부서집니다. 액추에이터를 반전시켜 위쪽으로 인장력을 가하는 메커니즘은 없습니다.

CTM은 단단한 시편에 대한 고하중 압축 테스트에 최적화되었습니다. 프레임은 압축 반력(인장 아님)에만 저항하면 되므로 본질적으로 더 단단하고 더 짧고 더 컴팩트한 구조로 만들 수 있습니다. 이는 폭발적으로 파손되는 부서지기 쉬운 재료를 테스트할 때 정확한 측정에 중요합니다. 콘크리트 테스트를 위한 표준 CTM 범위는 다음과 같습니다. 1,000kN ~ 3,000kN , 전문 기계가 도달 5,000kN(500톤) 암석 및 대형 골재 표본용. 이러한 힘 수준은 동일한 가격의 UTM에서는 거의 사용할 수 없습니다.

테스트 유형: 각 기계가 할 수 있는 것과 할 수 없는 것

힘 범위 및 프레임 강성: 기계의 차이

힘 범위는 실제로 두 기계 유형 간의 가장 뚜렷한 차이점 중 하나입니다. 일반 재료 시험 실험실에 사용되는 UTM은 다음과 같이 가장 일반적으로 지정됩니다. 5kN ~ 600kN 범위. 구조용 강철 인장 시험이 가능한 600kN UTM은 콘크리트 시험 실험실에 사용되는 3,000kN 압축 시험기보다 훨씬 더 많은 비용이 듭니다. 왜냐하면 UTM의 양방향 프레임, 정밀 서보 제어 및 신율계 인터페이스로 인해 유압식 CTM에 필요하지 않은 상당한 비용이 추가되기 때문입니다.

프레임 강성은 또 다른 중요한 매개변수입니다. 콘크리트 큐브와 같은 부서지기 쉬운 시편이 폭발적으로 파손될 때 순응성(낮은 강성) 프레임에 저장된 에너지가 갑자기 방출되어 자연적인 파손 지점을 넘어 시편을 계속해서 분쇄하고 인위적으로 낮은 강도 판독값을 생성합니다. EN 12390-4 및 ASTM C39는 콘크리트 압축 테스트에 대한 최소 프레임 강성 요구 사항을 지정합니다. - 일반적으로 최대 하중 하에서 처짐 한계로 표현됩니다. 전용 CTM은 이러한 강성 요구 사항을 충족하도록 특별히 설계되었습니다. 많은 범용 UTM, 특히 전기 기계식 나사 구동 모델은 높은 하중에서 정확한 콘크리트 압축 테스트를 수행하기에는 프레임 강성이 부족합니다.

작동 시스템: 전자기계식 대 유압식

UTM과 압축 시험기는 모두 전자 기계식(EM) 및 유압식 변형으로 제공되지만 일반적인 구성은 두 기기 유형에 따라 다릅니다.

전자기계 UTM

600kN 미만의 대부분의 실험실 UTM은 전기 기계식입니다. 전기 서보 모터가 리드 스크류 또는 볼스크류를 구동하여 크로스헤드를 움직입니다. 이는 다음을 제공합니다 정밀한 크로스헤드 변위 제어 — ±0.1mm 이상의 위치 정확도 및 전체 부하 범위에서 0.001mm/min~1,000mm/min의 일정한 크로스헤드 속도. EM 드라이브는 더 깨끗하고(유압 오일 없음) 더 조용하며 유압 시스템보다 일상적인 유지 관리가 덜 필요합니다. 한계는 최대 힘입니다. 600kN 이상의 리드 스크류 구동 UTM은 매우 크고 느리며 비용이 많이 듭니다.

유압 UTM 및 압축 테스터

600kN 이상에서는 유압 작동이 UTM과 CTM 모두를 지배합니다. 유압 펌프는 오일에 압력을 가해 피스톤/램을 움직입니다. 이는 소형 액추에이터에서 매우 높은 힘을 생성합니다. 즉, 유압 램이 생성됩니다. 직경이 약 250mm인 원통에 2,000kN이 들어갑니다. . 유압 시스템은 하중 제어 테스트(변위 속도 대신 하중 속도(kN/s)가 지정되는 콘크리트 테스트의 표준)에 탁월한 힘 제어 기능을 제공합니다. 단점은 전자기계식에 비해 위치제어가 덜 정확하고, 오일의 주기적인 교체와 누유관리가 필요하며, 펌프에서 발열과 소음이 발생한다는 점입니다.

피로 및 동적 테스트에 사용되는 서보 유압식 UTM은 힘과 변위 모두에 대해 유압력 용량과 폐쇄 루프 서보 제어를 결합합니다. 이는 일상적인 품질 관리 실험실이 아닌 연구 및 항공우주 테스트 환경에서 일반적으로 발견되는 전문적인 고가 장비입니다.

그립 및 고정 장치 시스템: 다양성과 단순성

UTM의 다양성은 주로 설비 생태계에서 비롯됩니다. 기계의 크로스헤드에는 교체 가능한 그립과 고정 장치를 수용하는 나사형 또는 U자형 고리형 부착 지점이 있습니다.

• 웨지 액션 인장 그립 - 편평하거나 둥근 시편을 잡는 자체 조임 조; 매끄러운 조(부드러운 재료용) 또는 톱니 모양의 조(단단한 재료용)로 제공됩니다. 가장 일반적인 UTM 액세서리
• 압축 플래튼 - 블록, 실린더 및 시편을 압축하기 위한 편평한 경화 강판; 이는 UTM을 비콘크리트 응용 분야용 압축 테스터로 변환합니다.
• 3점 및 4점 굽힘 고정구 - 굽힘 시험을 위한 롤러 기반 지지대 및 로딩 노즈; 스팬 거리는 테스트 표준에 지정된 시편 치수에 맞게 조정 가능
• 껍질을 벗기다 고정물 — 정의된 각도(90°, 180°, T-박리)에서 접착제 및 필름 박리 테스트를 위한 회전 암 또는 T-박리 고정구
• 신율계 — 크로스헤드 변위와 독립적으로 시편 연신율을 측정하는 클립온 또는 비접촉 장치로 영률 및 항복 강도 결정을 위한 정확한 변형률 측정을 제공합니다.

대조적으로 압축 시험기는 일반적으로 상부 및 하부 플래튼이라는 하나의 고정 장치 구성만 갖습니다. EN 12390-4에 따른 콘크리트 CTM은 다음을 지정합니다. 구형으로 장착된 상부 플래튼 작은 표본의 비평행성을 수용하기 위한 자체 레벨은 콘크리트 큐브 테스트의 중요한 정확도 기능입니다. 일부 CTM은 선택적 빔 테스트 고정 장치를 허용하지만 고정 장치 범위는 UTM이 지원하는 것의 일부에 불과합니다.

측정 및 제어: 로드 셀, 신율계 및 소프트웨어

로드셀 정확도 및 범위

UTM은 일반적으로 상호 교환 가능한 로드 셀을 사용합니다. 실험실에는 필름 및 접착제 테스트용 1kN 셀과 금속 테스트용 100kN 셀이 있을 수 있으며 각각 자체 교정이 가능합니다. 로드셀 정확도는 매우 중요합니다. ASTM E4 및 ISO 7500-1에서는 시험기 힘 정확도가 다음 범위 내에 있어야 한다고 규정합니다. 표시된 힘의 ±1% 로드셀 용량의 2% ~ 100% 범위에 걸쳐 있습니다. 대부분의 최신 UTM 로드 셀은 ±0.5% 이상 정격 범위 전체의 정확도.

EN 12390-4에 따라 교정된 콘크리트용 로드 셀 또는 압력 변환기용 압축 시험기. 적용된 힘의 ±2% 최대 용량의 20%에서 100% 범위에 걸쳐 있습니다. 더 넓은 공차는 콘크리트 시편 형상 및 표면 준비의 고유한 가변성을 반영하며, 2%를 초과하는 측정 정밀도는 실질적으로 의미가 없습니다.

소프트웨어 기능

UTM 소프트웨어는 여러 테스트 유형, 신율계 데이터의 변형률 계산, 재료 특성 도출(영률, 항복 강도, 최대 인장 강도, 파단 연신율, 파괴 인성)을 처리해야 하기 때문에 CTM 소프트웨어보다 필연적으로 더 복잡합니다. Instron(Bluehill), Zwick/Roell(testXpert) 및 MTS(TestSuite)의 선도적인 UTM 소프트웨어 플랫폼은 프로그래밍 가능한 테스트 방법, 자동 재료 특성 계산, 시편 배치 전체에 대한 통계 보고 및 LIMS(실험실 정보 관리 시스템)와의 통합을 제공합니다.

콘크리트용 CTM 소프트웨어는 설계상 더 간단합니다. 작업자가 시편 단면 치수를 입력하면 기계가 지정된 속도(일반적으로)로 하중을 가합니다. EN 12390-3에 따라 0.5 ± 0.25MPa/s ), 파손 시 최대 힘을 기록하고 힘을 단면적으로 나누어 압축 강도를 계산합니다. 결과는 MPa 또는 psi 단위의 단일 숫자입니다. 응력-변형 분석이나 모듈러스 계산이 없습니다.

포괄적인 병렬 비교

산업 응용 분야: 누가 어떤 기계를 사용합니까?

UTM을 주로 사용하는 산업

• 금속 및 제조 — ISO 6892 및 ASTM E8에 따른 강철, 알루미늄, 구리 및 용접부의 인장 시험은 전 세계적으로 가장 일반적인 UTM 응용 분야입니다. 항복강도, 인장강도, 연신율은 구조재의 필수 품질 매개변수입니다.
• 플라스틱 및 폴리머 - ISO 527, ISO 178 및 ASTM D638에 따라 성형 부품, 필름 및 섬유에 대한 인장, 굴곡 및 압축 시험 제약 산업에서는 정제 경도 및 캡슐 밀봉 강도를 위해 UTM을 사용합니다.
• 섬유 및 토목섬유 - 직물, 실, 지오멤브레인 라이너의 인장 강도 및 신율; 접착된 직물의 박리 및 솔기 강도
• 에이erospace and automotive - 구조 부품 시험, 복합 라미네이트 인장 및 압축, 접착 조인트 시험, 패스너 풀아웃; 종종 특수 설비와 환경 챔버가 필요합니다(고온, 극저온).
• 포장 - 상자 및 골판지 압축, 필름 인장 및 찢어짐, 밀봉 박리 강도, 병 찌그러짐; 포장 실험실의 UTM은 여러 테스트 유형에 걸쳐 하루에 50~100개의 테스트를 실행하는 경우가 많습니다.

압축 시험기를 주로 사용하는 산업

• 건축자재 시험소 — 콘크리트 큐브 및 실린더 압축 테스트는 건설 업계에서 가장 일반적인 품질 관리 테스트입니다. 일반적인 현장 실험실에서 테스트할 수 있습니다. 하루 50~200개의 콘크리트 큐브 , CTM 처리량과 단순성이 중요해짐
• 시멘트 제조 — EN 196-1 및 ASTM C109에 따른 시멘트 모르타르 큐브의 압축 강도는 시멘트 생산의 주요 품질 매개변수입니다. 전용 모르타르 테스트 CTM은 시멘트 공장 품질 실험실에서 지속적으로 실행됩니다.
• 벽돌 및 도자기 - EN 772-1, ASTM C67에 따른 벽돌, 블록, 타일 및 내화 세라믹의 압축 강도; 이러한 테스트에는 전용 CTM의 높은 하중 용량과 견고한 프레임이 필요합니다.
• 암석 역학 및 지반 공학 - ISRM 및 ASTM D7012에 따른 암석 코어 시편의 단축 압축 강도(UCS) 시험; 높은 구속 압력의 암석 표본에는 최대 5,000kN의 힘을 가진 CTM이 필요합니다.

UTM이 압축 테스터를 대체할 수 있는 경우(및 대체할 수 없는 경우)

압축 플래튼이 있는 UTM은 금속, 플라스틱, 폼 및 포장에 대한 전용 압축 시험기와 동일한 많은 테스트를 수행할 수 있습니다. 문제는 대부분의 구매 결정이 이루어지는 콘크리트 및 석조 테스트에 적합한지 여부입니다.

UTM은 다음과 같은 경우에만 콘크리트 압축 테스트에 적합합니다.

• 그 힘 용량은 예상되는 최대 하중(150mm 표준 콘크리트 큐브)을 포괄합니다. 30 MPa 설계 강도에는 약 675 kN 피크 힘이 필요합니다. ; 200mm 큐브에는 1,200kN이 필요합니다. 1,000kN 미만의 대부분의 UTM은 일상적인 콘크리트 큐브 테스트에 적합하지 않습니다.
• 프레임 강성은 해당 표준(EN 12390-4 또는 ASTM C39)의 요구 사항을 충족합니다. 이는 가정이 아닌 제조업체에 확인되어야 합니다.
• 상단 플래튼에는 표준 요구 사항에 따라 구형 안착 메커니즘이 있습니다.
• 교정 기관은 특히 압축 모드를 다룹니다. 인장 시험을 위해 ISO 7500-1에 따라 교정된 UTM은 EN 12390-4에 따른 콘크리트 압축 시험을 자동으로 준수하지 않습니다.

소량 연구 응용 분야(다양한 테스트 요구 사항이 있는 대학 실험실에서 가끔 콘크리트 표본 테스트를 수행하는 경우)의 경우 적절한 압축 장치를 갖춘 고용량 UTM은 두 대의 기계를 구입하지 않아도 되는 실용적인 선택입니다. 매일 대량으로 운영되는 상업용 콘크리트 테스트 실험실의 경우 전용 CTM은 비용 효율적이고 작동 속도가 빠르며 목적에 맞게 조정됩니다. 바로 그 일을 위해서요.

교정, 표준 및 인증 요구 사항

힘의 정확성을 확인하기 위해 UTM과 CTM 모두 공인 교정 기관에서 정기적으로 교정해야 합니다. 적용 가능한 표준은 다음과 같습니다.

• ISO 7500-1 / ASTM E4 - 시험기의 힘 측정 시스템 교정을 위한 국제 및 미국 표준; 정확도 등급을 정의합니다(클래스 0.5 = ±0.5%, 클래스 1 = ±1%, 클래스 2 = ±2%). UTM 및 모든 힘 측정 장비에 적용
• EN 12390-4 — 특히 콘크리트에 사용되는 압축 시험기를 다룹니다. 힘 정확도 외에도 플래튼 평탄도 및 경도, 구형 안착 기능, 하중 적용률 정확도에 대한 검증이 필요합니다. EN 12390-3에 따라 콘크리트를 테스트하는 실험실은 CTM을 이 표준에 맞게 특별히 교정해야 합니다.
• 교정 빈도 — ISO/IEC 17025 인증 실험실은 일반적으로 매년 교정을 실시합니다. 사용량이 많거나 결과가 큰 테스트 환경(핵, 항공우주)에서는 반년마다 교정이 필요할 수 있습니다. 교정은 항상 중요한 기계 수리, 재배치 또는 의심되는 과부하 이벤트 후에 수행되어야 합니다.

ISO/IEC 17025 실험실 인증의 경우 인증 범위에 따라 적용되는 테스트 및 힘 범위가 지정됩니다. UTM을 사용한 금속 인장 시험에 대해 인증받은 실험실은 동일한 기계를 사용한 콘크리트 압축 시험에 대해 자동으로 인증되지 않습니다. 테스트 방법, 표준 및 교정 요구 사항은 독립적으로 평가됩니다.

결정 가이드: 어떤 기계를 구입할 것인가

테스트 요구 사항에 적합한 장비를 결정하려면 다음 기준을 사용하십시오.

1. 인장 시험이 필요합니까? 그렇다면(금속, 플라스틱, 직물, 필름 또는 접착제의 경우) UTM이 필수입니다. 압축 전용 기계는 어떤 구성에서도 인장 시험을 수행할 수 없습니다.
2. 귀하의 주요 작업은 콘크리트, 석조 또는 암석 압축입니까? 그렇다면 필요한 힘이 600kN을 초과하는 경우 전용 CTM은 더 낮은 비용으로 더 높은 힘 용량을 제공하며 이러한 재료에 맞게 특별히 설계 및 교정됩니다.
3. 테스트 볼륨은 얼마입니까? 대용량 콘크리트 시험(하루 50개 시편)은 전용 CTM의 간단한 작동과 더 빠른 주기 시간의 이점을 누리고 있습니다. 연구 또는 소량 테스트는 다양한 테스트 유형을 제공할 수 있는 UTM의 비용을 정당화합니다.
4. 당신의 예산은 얼마입니까? 등가 압축력 용량의 경우 CTM은 일반적으로 비용이 듭니다. 30~50% 감소 UTM보다 테스트 범위가 독점적으로 압축되는 경우 절대 사용되지 않을 UTM 기능에 더 많은 비용을 지출하는 것은 정당하지 않습니다.
5. 신율계 데이터나 응력-변형률 곡선이 필요합니까? 재료 특성 특성화(계수, 항복점, 파괴 에너지)가 필요한 경우 신율계를 갖춘 UTM이 필요합니다. CTM은 연속적인 힘-변위 또는 응력-변형 데이터가 아닌 최대 힘과 압축 강도만 생성합니다.
6. 시간이 지남에 따라 테스트 범위가 변경됩니까? 실험실에서 새로운 재료 유형을 테스트하거나 새로운 시장에 진출할 것으로 예상하는 경우 UTM의 다용성은 투자 보호를 제공합니다. CTM 구매는 제품 수명 동안 압축 테스트를 약속하는 것입니다.