압축시험은 시험하기에 간단해 보일 수도 있지만 실제로는 불충분하게 이해되거나 빈번한 오류가 포함된 결과를 낳기도 하는 시험입니다. 상하의 두 평판 사이에서 압축만 가하면 되는 간단한 시험처럼 보이지만 취성이 강한 시편에서부터 연한 고무에 이르기까지 시편의 형태에 따라 고유한 어려움이 있습니다.
첫 번째 기본적인 어려움은 중심선 정렬입니다. 압축판은 시편 표면과 평행하지 않을 수 있기 때문에 결과적으로 시편의 한쪽 가장자리에 첫 접촉을 하게 됩니다. 이 경우 파괴를 야기시키는 응력 집중이 생기거나 시편에 휨모멘트를 유도하여 조숙한 파괴를 일어나게 할 수도 있습니다. 특히 취성이 강한 재료의 경우가 가장 어려우며 부드럽고 연성인 재료에는 덜 영향을 줄 수 있습니다.
저희들이 추천해 드리는 해결책은 구좌형 압축판(
spherical seated platens
)
을 사용하는 것입니다. 이것은 압축판에 시편의 표면과 저절로 정렬이되도록 함으로써 균일한 접촉을 할 수 있도록 해 줍니다. 이를 올바르게 하기위해서는 압축판의 회전 중심은 시편이 압축판과 닿는 표면에 있어야 합니다. 회전의 중심이 표면보다 높거나 낮으면 재정렬 동작이 나중에 다른 움직임을 유도하게되고 따라서 압축판이 적절히 정렬되는데 제한을 받거나 시편에 불필요한 측면부하가 가해질 수도 있습니다. 일반적으로 상하 압축판 중 한쪽에만 이 구좌형 판을 사용하도록 권해 드립니다.
이러한 내용의 중요성은 여러 가지 압축시험 표준 규격에 반영되어 있으며 위에서 언급한 필요 사항들을 명확하게 설명하고 있습니다. 예를 들면 ASTM E9에서는 "블록의 구형 표면은 그 중심점이 시편과 닿는 평면 표면의 각도로 정의된다" 라고 되어 있습니다.
위와 같은 사실에도 불구하고 구좌형 압축판의 사용은 그다지 강조되지 않고 있습니다. 실제로 압축을 받은 기둥형 시편의 시험 종료 조건을 바꾸기도 합니다. 시편의 길이가 길거나(직경에 대한 길이의 비가 큰) 압축판의 중심축에서 벗어나 놓여진 시편의 경우를 제외하면 그 차이는 대게 작습니다. 말하자면 시편을 초기에 물리고 나서는 회전을 방지하기 위하여 압축판을 잠궈주는 것이 대개 더 선호됩니다. 잠금은 사용자에 의한 정열 오류를 막을 수 있을 정도의 "손으로 잠근 정도"이어야 하지만 압축판이 크게 움직이지는 못하도록 견고하기도 해야 합니다.
두 번째 중요한 사항은 마찰입니다. 압축을 받는 시편은 수평 방향으로 탄성 팽창(포와송 효과)하려 하거나 소성 팽창(일정 부피를 유지하면서)하려 합니다. 그러나 압축판은 견고해서 팽창하려 하지 않고 시편과 접촉하여 마찰을 발생시킴으로써 시편이 팽창하는 것을 제한합니다. 그 결과 시편은 배가 불룩한 통형태가 되고 폭방향 응력이 발생되어 시편의 축방향 강성을 높여주게 됩니다. 이 모든 것들이 측정 오차로 작용하게 됩니다. 이 문제의 영향은 중심 정렬 문제와는 반대로 연성 재료에서 더욱 심하며 취성 재료에서도 완전히 무시할 수 없습니다.
마찰을 최소화하기 위하여는 압축판의 경도가 높고(최소한 55HRC 이상) 매끄러워야 합니다. 표면에 동심원과 같은 것이 새겨져 있으면 마찰을 키울수 있으므로 이를 새겨서는 안됩니다. 또한 때때로 표면에 오일이나 그리스를 발라주는 것은 좋은 방법입니다.
무늬가 없는 표면을 가진 큰 압축판을 사용하는 경우는 시편을 중심에 놓기 힘든 점이 있습니다. 부하가 가해지는 중심축에서 시편이 벗어난 만큼 휨모멘트가 유도되게 됩니다. 압축판, 구좌(spherical seat), 로드셀 및 시험기 프레임과 같은 하중이 전달되는 체결부가 수평으로 강하다면 이 유도된 휨모멘트는 제한적이고 덜 심하게 될 것입니다. 취성 시편들은 원래 강하기 때문에 유도된 휨모멘트를 무시할 수 없고 따라서 시편을 중심에 설치하는 것이 매우 중요합니다. 이런 문제에 대한 가장 흔한 해결책은 눈으로 보고 위치를 잡을 수 있도록 압축판에 동심원을 표시하는 것입니다. 표면이 매끄러워야 하므로 표면에 미세가공 표시(micro-textured surface marking)를 하는 것이 유일하고 지워지지 않는 방법입니다.