[A+] 기계공학실험2 Strain Gauge2

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목차

1. 서론
가. 실험목적
나. 실험이론
1) Gauge Factor(Strain Sensitivity), K
2) 파괴역학의 기본 원리

2. 본론
가. 실험장치
나. 실험방법

3. 결론
1) 측정값
가) 원의 반지름 = 4mm
나) 원의 반지름 = 5mm
2) 인장응력5
가) r=0.004m
나) r=0.005m
3) 응력집중계수
가) 이론값
나) 측정값
다) 이론값 측정값 비교
4) Young`s Modulus, 주응력과 Mohr’s circle
가) r=0.004m
나) r=0.005m
다) 탄성계수의 이론값, 측정값 비교

4. 고찰
가. 오차 요인
1) 응력분포
2) Strain gauge
3) 고정 실수
나. 결과 분석
다. 조사 및 정리

5. 참고문헌

본문내용

반지름 = 4mm
Strain
Gauge 1
Strain
Gauge 2
Rosette Gauge
Strain()
-138
-230
1
2
3
106
-352
-130
Load()
480
598
원의 반지름 = 5mm
Strain
Gauge 1
Strain
Gauge 2
Rosette Gauge
Strain()
-106
-236
1
2
3
48
-180
-39
Load()
408
495
인장응력
r=0.004m
r=0.005m
응력집중계수
이론값
일 때 ,
일 때 ,
그래프에서 어림짐작으로 이론값을 구할 수 없어서 위 그래프의 함수식을 찾아서 K값을 구하였다.
일 때
일 때
결과적으로는 같은 값을 갖는 것을 확인 할 수 있다.
측정값
는 응력집중이 일어나는 Strain gauge2에서의 응력이므로 다음과 같이 나타낼 수 있다.
이론값 측정값 비교
이론값
측정값
오차율
2.23
1.67
25.1%
2.15
2.00
6.98%
Young`s Modulus, 주응력(, )과 Mohr’s circle
r=0.004m
① 포아송비 :
② 탄성계수 :
③ 전단 탄성계수 :
④ 탄성계수를 이용한 응력 값 계산 :
, 이므로
⑤ Mohr’s Circle
주응력 : ,
r=0.005m
① 포아송비 :
② 탄성계수 :
③ 전단 탄성계수 :
④ 탄성계수를 이용한 응력 값 계산 :
, 이므로
⑤ Mohr’s Circle
주응력 : ,
탄성계수의 이론값, 측정값 비교
알루미늄
오차율
38.40%
0.29%
고찰
오차 요인
응력분포
실험을 실시하면서 Strain gauge가 부착된 시험편을 사용하였는데 응력분포가 구멍 주위에서 조밀하게 변하기 때문에 부착시키는 위치에 따라서 많이 바뀔 것이다. Strain gauge역시 게이지의 길이를 가지고 있으므로 위치에 따라서 응력 방향이 변하는 시험편의 변형률을 측정하는데 있어 인장방향의 변형률만을 측정할 수 있는 Strain gauge는 한계가 있을 것이다.
Strain gauge
① 실험에 앞서서 Strain gauge를 부착하는데 있어서 지난 학기의 Strain gauge1실험에서처럼 부착하였다고 생각한다면 부착 과정에서 역시 오차가 발생할 것이다. Strain gauge를 올바른 방법으로 부착하는 방법이 있지만 강력 본드와 스카치 테이프만을 사용하여 부착하였기 때문에 시편에 게이지가 정확하게 붙지 않고 조금씩 미끄러짐이 발생하였을 것이고 이러한 미끄러짐이 차이를 만들었을 것이다.
② 전선에 조금의 접촉이 있어도 Strain gauge의 값이 많이 차이가 났다. 민감도의 가장 큰 요인은 gauge와 연결된 전선 역시 중력의 영향을 받아서 밑으로 처짐이 발생하는데 전선을 건드려서 흔들림이 발생하면 Strain gauge에 힘이 가해지기 때문에 값에 오차가 발생하는 것 같다. 민감도가 높으면 정확한 실험 데이터를 얻기가 힘들고 결과적으로 원하는 값과 다른 결과를 얻을 수도 있으므로 전체적인 결과에 영향을 미친다고 생각할 수 있다.
고정 실수
첫 번째 실험을 실시할 때 시험편을 기기에 잘 못 고정을 하여 비틀어진 상태에서 실험을 실시하였다. 아래의 그림을 보면 시험편이 매우 강하게 고정되었다고 가정할 때 빨간색부분에서 응력집중이 발생할 것이다. 따라서 Strain gauge2가 부착된 위치에서 응력집중현상의 데이터를 얻기에는 무리가 있을 것이다. 또한 응력집중이 발생하는 부위의 단면적이 늘어나기 때문에 응력이 원하는 값과 달라진다.
결과 분석
① 실험을 실시할 때 부착된 것과 부착되지 않은 것을 고르라고 하실 때 오차가 많이 나는지 물어보니 별로 차이가 나지 않는다고 하여 Strain gauge가 부착되어져 있는 시험편을 사용하였다. 기기에 고정 시킬 때 확인하니 바이스 자국이 있는 것으로 보아 전의 실험에서도 사용하였던 것 같다. 우리가 실험에서 사용하는 힘은 400N ~ 600N으로 응력집중이 일어나는 위치에서의 응력이 최대 15MPa의 값을 가지는데 이는 알루미늄의 비례한계인 270MPa에 한참 못 미치므로 실험의 영향을 주지 않을 것이라고 생각한다.
② 응력집중계수를 구하는데 값이 Strain gauge2에서 측정한 응력이라고 생각하여 계산을 하였는데 이론값과는 반대로 r=0.004m일 때 보다 r=0.005m일 때가 더 큰 값을 가지는 것을 확인 할 수 있었다.
③ 탄성계수가 실험1에서 실제 알루미늄의 이론값과 차이를 보였다. 실험2에서는 오차가 거의 없으므로 앞선 오차요인에서 말하였듯이 고정의 실수로 인한 오차가 발생 되었을 것이다.
조사 및 정리
연성재료와 취성재료(예)
연성 재료 : 파단 전에 큰 대 변형률이 발생하는 재료
예) 구리, 납, 대부분의 금속 등...
취성 재료 : 파단 이전에 항복현상을 조금 보이거나 보이지 않는 재료
(네킹 현상이 없다.)
예) 회주철, 콘크리트, 세라믹 등...
파단 전에 큰 대변형률이 발생하는 재료를 연성 재료라고하고 항복현상을 보이지 않는 재료를 취성재료라고 한다. 두 재료가 정확히 같은 강도를 지녀도 파단위치에서서 매우 다른 변형률을 보인다. 제작된 구조물이나 기계 부품에 있어 연성은 국부적으로 응력집중을 유발하는 구멍, 노치, 필렛, 그루브 등과 구조적 불연속 지점에서 재료는 변형 능령을 나타낸다. 연성재료에서의 소성변형은 응력이 불연속 지점 주변의 더 큰 영역으로 전달되게 한다. 연성재료는 파단 전 많은 양의 신장이 발생하기 때문에 건축물, 교량, 기타 구조물에서의 과도한 부품 변형은 파손의 임박에 대해 경고한다. 반면, 취성재료는 전조를 거의 보이지 않고 갑자기 파손된다.
참고문헌
연성재료, 취성재료, 응력집중계수 K 그래프, Mohr’s Circle
고체역학 (WILEY, Timothy A. Philpot, 전만수 공역) - p59~p61, p154, p561~p565
Strain gauge 계산식 -
기계공학실험1 Strain gauge1 교안
Aluminium 탄성계수
https://en.wikipedia.org/wiki/Aluminium
응력집중계수 함수식
Materials for Students Aiello, Roark (hartford) p284

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