기계제작실험 비틀림 실험

소개글

기계제작실험 비틀림 실험에 대한 보고서 자료입니다.

목차

1. 실험 목적

2. 실험 내용

3. 실험관련 이론

4. 실험장치 및 방법

5. 실험결과 및 고찰

6. 결론

7. 참고 문헌

본문내용

factor)라 한다.
여기서 : 게이지 계수
휘스톤 버릿지(Wheastone bridge)
일반적으로 스트레인 게이지의 미세한 변화를 측정하기 위해서는 감도의 변화를 높이기 위해 별도의 회로(bridge)를 구성하게 되며 이를 휘스톤 버릿지(Wheastone bridge)라 부른다.
: 출력전압
: 입력전압
: 저 항
그림 2. 휘스톤 버릿지
4. 실험장치 및 방법
장비 구성(각 부의 명칭)
그림 3. 비틀림 실험 장치
: 단순보 : 무게 추 : 무선 데이터 로거 : 스트레인 게이지
: 자 : 사포 : 물티슈 : 접착제 : 커터 칼 : 십자드라이버
: 유성사인펜 : 테이프
실험 시 주의사항
① 스트레인 게이지를 붙이는 방향에 따라 데이터 값의 부호가 달라진다.
② 비틀림 실험 장치에 외력을 가하지 않는다.(실험 테이블 포함)
③ 센서 케이블이 합선되지 않도록 주의한다.
④ 스트레인 게이지에 적당량에 접착제가 묻도록 주의해서 부착시킨다.
⑤ 스트레인 게이지를 보에 완전히 밀착하여 붙도록 테이프로 고정한다.
⑥ 무선 데이터 로거를 정확하게 연결시켜 빠지지 않도록 주의한다.
⑦ 각 하중을 측정할 때 무게추가 흔들리지 않도록 주의한다.
실험 조건
① 실험 장소 : 응용역학실험실
② 실험 온도 : 내부고정온도(20~25℃)
③ 비틀림 실험 장치(5Page 참고)
④ 스트레인 게이지를 45°방향으로 붙인다.(2-B조는 방향을 -로 함)
(0° 와 -45°는 공통자료로서 미리 설치된 것으로 실험을 진행)
⑤ 보의 길이 : 1147.11mm
⑥ 보의 중심으로부터 떨어진 길이 : 235.77mm
⑦ 직경 : 15.95mm
⑧ 푸와송비 : 0.29
⑨ 하중을 각 각 1kg, 2kg, 3kg로 다르게 변화하여 측정함.
실험 방법
① 스트레인 게이지를 부착 할 부분을 사포로 표면처리 한다.
② 물티슈로 표면처리를 한 부분을 닦아낸다.(표면을 건조시킴)
③ 표면에 45°각도를 만들기 위한 보조선을 그린다.
④ 스트레인 게이지에 접착제를 바른다.(골고루 넓게 바름)
⑤ 표시된 보조선을 따라 부착한다.
⑥ 스트레인 게이지를 고정시키기 위해서 그 위에 테이프를 부착시킨다.
⑦ 스트레인 게이지를 선이 움직이지 않도록 선을 봉 위에 붙인다.
⑧ 센서 케이블이 합선되지 않도록 최대한 벌려준다.
⑨ 스트레인 게이지와 무선 데이터 로거를 연결한다.
⑩ 하중을 각 각 1kg, 2kg, 3kg 증가 시켜 측정한다.
실험과정(사진)
① ② ③
④ ⑤,⑥ ⑦
⑧ ⑨ ⑩
5. 실험결과 및 고찰
각도
-45°
0°
45°
하중
1kg
-17.25
0.32
17.88
2kg
-37.06
2.56
36.09
3kg
-54.95
5.11
55.25
실험결과
표 2. 실험결과 값
고찰
실험 조건을 바탕으로 실험을 진행하여 실험 결과 값을 위와 같이 표 2.로
정리하였다. 이러한 결과를 바탕으로 실험에 대한 결과 분석을 수행하여 실험의 타당성과 오차의 원인 등을 알아볼 것이다. 그 전에 앞서 변형률 공식과 최대전단력 공식을 이용하여 이론값을 계산하고, 실험 결과 값과 비교해 보고자 한다.
이론값과 실험값 비교
이론값을 계산하기 위해서는 지름이 D인 중실원형 단면에 비틀림 모멘트 T가 작용할 때 최대 전단응력 공식은 아래에 있다.
재료의 탄성계수는 3page 실험내용 공식들을 이용하면 구할 수 있다.
순수전단의 경우에 대한 모어의 응력원으로부터
이다.
위에 공식들을 이용하여 각 각의 하중에 대한 변형률에 이론값을 실험 결과 값과 같이 비교하는 표는 아래에 있다. (45°경우만 표현함)
이론값( )
실험결과( )
오차율(%)
1kg
16.07
17.88
10.1230425
2kg
32.14
36.09
10.9448601
3kg
48.21
55.25
12.7420814
단위 : ㎛/mm
표 3. 이론값과 실험값 비교
45°
0°
45°
그림 4. 각 하중과 각도에 대한 그래프
1
보에 표면이 완전하게 처리가 되었는지 알 수 없다. (미세 이물질 확인 불가)
2
스트레인 게이지가 보에 정확히 밀착 되었는지 알 수 없다.
3
보조선을 만들어서 45°으로 선을 그을 때 정확한 각도가 아니었을 수 있다.
4
센서 오류와 반응문제로 오차율이 발생했을 것이다.
5
무게 추를 달 때 흔들림이 발생하여 오차율이 증가하였을 것이다.
6
비틀림 실험 장치의 노후와 문제가 오차율을 발생시켰을 것이다. (약 40년 됨)
7
비틀림 실험 장치에 6각 볼트 부분이 파손되어 오차율이 발생했을 것이다.
표 4. 오차의 원인
싱글게이지와 로젯 게이지 차이점(추가 목표)
싱글게이지는 정확히 파단면이 어디에 작용하는지 알고 있는 경우에만 사용이 가능하지만, 로젯 게이지는 복잡한 형상을 가지고 있는 측정물의 주응력 방향을 모를 때 사용하여 응력의 방향을 찾아내거나 각 각의 방향에 생기는 응력을 비교할 수 있는 차이를 가진다.
6. 결론
비틀림 실험을 바탕으로 스트레인 게이지의 원리와 용도를 이해하고, 그러한 지식을 바탕으로 직접 보의 변형률과 전단응력을 구해 볼 수 있는 실험이었다. 하지만 그 과정 속에서 여러 가지 오차의 원인 포함되었을 것이라는 실험 결과를 바탕으로 다시 한 번 생각해 보았다. 이러한 오차의 원인들을 종합하고, 개선 및 적용하여 더 나은 실험 결과 값을 도출할 수 있을 것이라는 개선안도 떠올렸다. 구조물의 비틀림을 측정하기 어려울 경우 스트레인 게이지를 이용하여 간편하게 변형률과 전단력을 구할 수 있고, 구조물에 위험 여부를 쉽게 판단해 줄 수 있는 실험이기 때문에 공학적인 설계 부분에 적용 가능성이 뛰어난 실험인 것을 알 수 있다.
7. 참고 문헌
[1] 전단응력공식, 전단계수, 비틀림 정의 및 공식검색 :
http://terms.naver.com/, https://bit.ly/2Pa0RN3 (경남대 e-class 주소)
[2] 스트레인 게이지법 : https://bit.ly/2Pa0RN3
[3] 그림 1. 그림 2. 이미지 : http://www.google.co.kr/
[4] 실험결과 값 : https://bit.ly/2Pa0RN3
[5] 그래프 : 매트랩 이용

키워드

기계제작실험,   비틀림,   스트레인 게이지