비틀림 시험이란 무엇입니까?

비틀림 시험은 각변위로 인한 응력을 받는 소재 또는 장치의 특성을 평가하는 기계적 시험의 한 유형입니다. 비틀림 시험은 금속 와이어 또는 플라스틱 튜브와 같은 원자재를 시험하여 전단 강도 및 탄성계수와 같은 특성을 확인하거나, 아니면 나사, 약병 및 피복 케이블과 같이 비틀림을 받는 완제품에 대한 기능 시험의 두 가지로 구분할 수 있습니다. 비틀림 시험으로 측정하는 가장 일반적인 기계적 특성은 다음과 같습니다.

비틀림 시험을 수행하는 이유는 무엇입니까?

많은 제품과 부품은 사용 중에 비틀림 힘을 받습니다. 엔지니어가 이러한 제품에 사용되는 소재를 변경하거나 업데이트하고자 할 때는 비틀림 시험이 필요합니다. 예를 들어, 차량 구동 트레인에 이용되는 금속은 사용 시 복잡한 결합 하중을 받으며, 이때 힘의 주요 성분은 비틀림입니다. 보다 연료 효율적인 차량을 설계하려는 엔지니어는 차량 중량을 줄이기 위해 구동축의 소재를 변경해야 할 수 있습니다. 비틀림 시험은 엔지니어가 필요한 비틀림 강도를 보유하는 동시에 경량화 목표에 도움이 되는 적절한 소재를 찾아내는 데에 도움이 될 수 있습니다.

많은 완제품 역시 사용 중에 비틀림 힘을 받습니다. 바이오 메디컬 튜브, 스위치 및 고정장치와 같은 제품은 비틀림 응력을 받는 일상적으로 사용되는 몇 가지 장치에 불과합니다. 제조업체는 비틀림 상태에서 제품을 시험하여 실제 서비스 조건을 시뮬레이션하고 제품의 품질과 설계를 확인함으로써 적절한 제조 기술을 확보할 수 있습니다.

비틀림 시험

비틀림 시험의 종류

비틀림 시험은 회전 운동만 적용하거나 축방향(인장 또는 압축) 및 비틀림 힘을 같이 적용하여 수행할 수 있습니다. 비틀림 시험의 유형은 제품마다 다르지만 일반적으로 파손, 입증 또는 제품 동작 시험으로 분류할 수 있습니다.

  • 비틀림만 적용: 시편에 비틀림 하중만 가합니다.
  • 축방향-비틀림: 축 방향(인장 또는 압축) 및 비틀림 힘을 시편에 적용합니다.
  • 파손 시험: 제품, 부품 또는 시편을 파손될 때까지 비틉니다. 파손은 시편의 물리적 파괴 또는 꼬임/결함으로 분류될 수 있습니다.
  • 입증 시험: 비틀림 하중을 가하고 이 토크 하중을 일정 시간 동안 유지합니다.
  • 동작 시험: 병 뚜껑, 스위치, 다이얼 펜 또는 조향 칼럼과 같은 전체 어셈블리 또는 제품을 시험하여 제품이 비틀림 하중을 받는 상태에서 예상대로 동작하는지 확인합니다.

시험 수행 및 결과 계산

비틀림 시험은 Instron의 MT 시리즈와 같은 특수 비틀림 시험 전용 장비에서 수행하거나, 더 일반적으로 선형 힘과 토크를 모두 적용할 수 있는 만능 재료 시험기와 같은 2축 시험 장비에서 수행할 수 있습니다. Instron의 Torsion Add-On594X 또는 596X시스템에 추가하여 원자재 및 제품의 이축 시험을 수행할 수 있는 고급 치구입니다.

비틀림 상태에서 원료를 시험하여 생성된 토크 대 회전 곡선은 여러 면에서 축방향 시험 중에 캡처된 힘 변위 곡선과 유사합니다. 대부분의 소재는 전단 탄성계수를 나타내는 유사한 선형 영역을 보이며, 그에 이어서 항복 및 최대 파괴가 일어납니다.

비틀림 시험 응력 변형 곡선

일반적인 ASTM 및 ISO 표준

ASTM F543 - 뼈나사의 축 방향 및 비틀림 시험 

ASTM A938 - 금속 와이어의 비틀림 시험

ISO 7800 - 금속 와이어의 비틀림 시험

ISO 594 - 원추형 루어 피팅 시험

ISO 7206 - 인공 고관절 임플란트의 내구성 및 피로 시험