[부산대학교 기계공학응용실험] 스트레인 게이지 응용 실험

소개글

[부산대학교 기계공학응용실험] 스트레인 게이지 응용 실험에 대한 보고서 자료입니다.

목차

1. 실험목적
2. 실험 순서 및 방법
3. 실험장치 및 구성
4. 실험내용
5. 실험결과
6. 결론 및 고찰
7. 참고문헌

본문내용

태로 만들고 단단히 고정되었는지 확인한다.
② PC를 켜서 프로그램을 실행시켜 전기신호를 받고 있는지 확인한다.
③ 로드셀과 스트레인 게이지 출력의 영점을 조정한다.
④ 신호출력 방식을 조정하고 하중을 증가시켰다가 감소시켰다가를 반복한다.
⑤ 출력 값을 얻고 관계식들을 이용하여 결과 값을 구한다.
3. 실험장치 및 구성
수직용 이송장치(하중장치)
아세톤
인장 압축용 로드셀
사포
PC
Signal Station
게이지 터미널
스트레인 게이지
순간접착제
4. 실험내용
- 스트레인 게이지에 의한 변형률 측정
변형률은 스트레인 게이지의 저항 값의 변화로서 측정물의 변형률을 다음 식에 의하여 구할 수 있다.
- 탄성계수 식 유도(E유도)
② - 굽힘모멘트식은 외팔보의 고정 단으로부터 만큼 떨어진 자유단에 의 하중이 가해졌을 때 만큼 떨어진 위치에 부착한 스트레인 게이지의 굽힘 모멘트
③ - 사각형 단면의 단면 2차 모멘트와 단면계수
세 개의 식을 연립하면,
>>
원래 4개의 스트레인 게이지를 이용해 휘스튼 브리지 회로를 구성해 실험해야하지만 실제로 1개의 스트레인 게이지를 사용했기 때문에 마지막에 x4(보정계수)를 해준다.
5. 실험결과
① 치수(, , , 측정)
: 99.5mm
: 49.55mm
: 6mm
: 256.4mm
② 그래프 그리기 + 캡처한 그래프
③ 그래프에서 기울기를 피팅
- 따라서 기울기는,
에 을 대입한다.
각각 대입해서 계산하면,
④ SM45C 테이블 조사
⑤ 오차 및 원인분석
- 오차
표에 나온 탄성계수 207GPa을 단위환산 해주면,
오차:
- 원인분석
① 보정계수
원래는 4개의 스트레인 게이지로 휘스튼 브리지를 형성해 값을 얻어야하는데 실험에서는 스트레인 게이지 한 개만을 사용하였다. 측정값으로 구해진 탄성계수에 보정계수 4를 곱하여서 수치를 보완하였으나 휘스튼 브리지 회로를 구성한 스트레인 게이지의 측정값과 실제 실험값이 다를 수 있기 때문에 오차가 발생할 수 있다.
② 스트레인게이지 오차
스트레인 게이지의 게이지 팩터값, 길이와 저항 등의 값이 명시되어 있는데 그 값들이 완벽히 정확하지는 않을 수 있다.
③ 시편연마
시편의 표면을 사포로 연마했으나 완전하게 매끈한 평면으로 만들지 못해 거칠기가 일정하지 않을 수 있다.
④ 하중
기구를 어설프게 조작하여 시편에 하중을 줬을 때 진동이 일어나 측정값에 영향을 끼쳤을 수 있다.
⑤ 부착 정도
접착제를 이용해 스트레인 게이지를 시편에 부착할 때 접착제가 불균일하게 분포하여 스트레인 게이지가 시편과 평행하지 않고 비틀어졌을 수 있다.
⑥ 측정
버니어 캘리퍼스로 , , , 를 측정할 때 오차가 발생할 수 있다.
⑦ 시그널 스테이션 영점조절
실험을 반복하면서 하중을 받은 시편이 완전히 탄성적으로 복구되는 것이 아니기 때문에 차이가 발생할 수 있다. >> 최대한 초기상태로 맞추기 위해 Strain 측정값들을 그 중 초기 값으로 전부 다 빼주었다.
6. 결론 및 고찰
6번 실험의 목적은 외팔보(SM45C)와 스트레인 게이지를 이용한 변형률 측정 방법을 습득하고, 응력과 변형률의 관계를 파악하고 탄성계수를 구해보는 것이다.
Hooke's law에 의하면 응력과 변형률은 비례하는데, 실험 결과인 그래프를 보면 응력과 변형률이 실제로 선형적으로 비례한다는 것을 확인할 수 있다. 또한 실험결과 탄성계수 E를 구했으나 참값()과 측정값()의 오차가 25.51%로 나타났다. 오차의 가장 큰 원인은 스트레인 게이지 4개를 이용하는 대신 1개를 사용하고 값을 구해 4를 곱해준 것이므로 오차가 그렇게 큰 것이 아니라고 판단할 수 있다.
이외에도 위에서 서술했듯이 많은 오차요인들이 있었으나 실험결과가 엄청난 오차를 보인 것이 아니기 때문에 실험이 그런대로 잘 수행되었다고 볼 수 있다. 실험과 보고서 작성을 하면서 책으로 배운 이론들과 법칙들을 확인하며 복습할 수 있었고, 스트레인 게이지, 로드셀, Signal Station 등과 같은 실험장치들의 활용 방법에 익숙해질 수 있었다. SM45C가 아닌 다른 재료의 외팔보를 사용하여도 똑같은 방법으로 응력, 변형률 그리고 탄성계수를 구할 수 있을 것 같고, 이 실험으로 배운 지식을 응용하여 많은 분야에 활용될 수 있다고 생각한다.
7. 참고문헌
- 기계공학실험교재편찬회, 기계공학 응용실험, 청문각, 2009
- http://blog.naver.com/prismco?Redirect=Log&logNo=220126776759 - SM45C Table
(Oct 28, 2014)

키워드

기계공학응용실험,   스트레인 게이지,   실험결과,   시편 제작,   외팔보,   Hooke's law,   변형률 측정,   스트레인 게이지 응용 실험