포항공과대학교 - 평균응력을 포함한 비대칭응력 피로시험에서 LabVIEW를 이용한 데이터 수집

Author(s):
임창범 석사과정 - 포항공과대학교 기계공학과

Industry:
Machines/Mechanics

Products:
LabVIEW, SCXI

The Challenge:
피로시험 중 비대칭 응력에서 발생하는 Ratcheting 스트레인의 데이터를 원하는 사이클의 데이터만 얻을 것과 기존의 스트레인 데이터의 경우 신호가 미약하여 노이즈의 영향이 많은 단점을 로우패스 필터를 이용하여 상당량의 노이즈를 제거하는 것을 목표로 하였다.

The Solution:
MTS 장비를 이용하여 피로시험 중 평균응력을 포함하는 비대칭 응력에서 발생하는 Ratcheting 스트레인 데이러를 포함한 4개의 데이터를 지정한 사이클의 데이터만을 얻음으로써 기존의 장비와 프로그램에서 할 수 없었던 피로시험을 할 수 있었다.

요약:
MTS 장비를 이용하여 피로시험 중 평균응력을 포함하는 비대칭 응력에서 발생하는 Ratcheting 스트레인 데이러를 포함한 4개의 데이터를 지정한 사이클의 데이터만을 얻음으로써 기존의 장비와 프로그램에서 할 수 없었던 피로시험을 할 수 있었다.

개발 배경
내쇼날인스트루먼트의 제품을 이용하여 피로시험 중 평균응력을 포함하는 비대칭 응력에서 발생하는 Ratcheting 스트레인의 데이터를 원하는 사이클의 데이터만 얻을 것과 기존의 스트레인 데이터의 경우 신호가 미약하여 노이즈의 영향이 많은 단점을 로우패스 필터를 이용하여 상당량의 노이즈를 제거하는 것을 목표로 하였다.
기존의 DAQ 보드와 프로그램을 이용하여 MTS 장비에서 나오는 신호를 받았으나 노이즈가 많아서 출력된 신호를 이용하는데 한계가 있었다. 또한, 피로시험의 경우 많은 사이클 (예를 들면 1,000,000cycle정도까지)의 데이터 중 필요한 사이클의 데이터를 이용하는데 기존의 프로그램으로는 원하는 사이클의 데이커만 받을 수 없었다. 그러나 NI의 로우패스 필터를 이용하여 노이즈의 상당량을 제거할 수 있었고 또한, LabVIEW 프로그램을 이용하여 원하는 사이클의 데이터를 지정하여 받을 수 있었습니다.

본론:
MTS 장비 4개 채널에서 나오는 장단기 변위, 하중, 스트레인 그리고 카운트 데이터를 SCXI-1305를 이용하여 장비로부터 로우패스 필터에 전달한다. 다음으로 로우패스 펠터를 사용하여 4개 채널의 데이터에 섞여있는 노이즈의 상당량을 제거한 다음 DAQ 보드를 통해 컴퓨터에 데이터를 전송한 다음 LabVIEW 프로그램을 이용하여 제가 원하는 데이터를 얻는 것이다.

그림 1. 4개의 채널에서 받은 데이터의 그래프

그림 1은 4개의 채널로부터 데이터를 10000Hz로 받아서 각각 채널에 해당하는 그래프에 나타낸다.

그림 2. 4개의 채널 중 지정된 사이클의 데이터만 저장한 사이클의 리스트

그림 2는 4개 채널로부터 얻은 데이터 중 지정한 사이클의 데이터만 저장할 수 있도록 저장할 사이클의 리스트를 나타낸다. 또한 2개의 그래프는 카운터의 데이터 형태을 나타낸다.

그림3. 로우패스 필터를 사용하여 노이즈를 제거한 블록다이어그램

그림 3은 로우패스 필터를 사용하여 노이즈를 제거하는 블록다이어그램을 나타낸다.

그림 4. 샘플 압축을 통해 데이터 양을 줄인 블록다이어그램

그림 4는 많은 분량의 데이터를 샘플 압축을 통해 데이터 양을 줄이도록 하는 블록다이어그램이다.

그림 5. 원하는 사이클의 데이터만을 저장한 블록다이어그램

그림 5는 데이터를 원하는 사이클만 저장하도록 하는 블록다이어그램이다.

그림 6. 채널로부터 나온 데이터를 원하는 값으로 디스플레이한 블록다이어그램

그림 6은 계산을 통해 채널로부터 나온 데이터를 원하는 값으로 디스플레이할 수 있도록 하는 블록다이어그램을 나타낸다.

결론 및 솔루션 개발 후 얻게 된 이점:
기존의 프로그램으로 해결할 수 없었던 지정된 사이클의 데이터를 얻음으로서 새로운 장비를 사지 않고도 기존의 장비로 피로시험을 할 수 있었다. 그 결과, 새로운 장비를 사는데 필요한 엄청난 비용을 줄일 수 있었다. 또한 앞으로 다양한 실험을 할 때 원하는 프로그램을 구현하여 실험 목적에 맞게 사용함으로서 다양한 실험에 이용할 수 있을 것이다.

NI 솔루션을 선택한 이유:
LabVIEW 수업을 통해 현재 가지고 있는 문제점을 LabVIEW 프로그램을 통해서 해결 할 수 있다는 확신이 생겨 NI의 솔루션을 채택하였다. 또한, 앞으로 다양한 실험을 수행할 때 LabVIEW 프로그램이 가지고 있는 유연성을 통해 다양한 실험에 응용할 수 있다고 생각하여 NI 솔루션을 채택하였다.

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임창범 석사과정
포항공과대학교 기계공학과

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