A+ 받은 스트레인게이지를 이용한 변형률 측정

소개글

A+ 받은 스트레인게이지를 이용한 변형률 측정에 대한 보고서 자료입니다.

목차

1. 실험 이론
(1) Strain
(2) Strain 의 다양한 측정 방법
(3) Strain Gauge
(4) Strain Gauge Bridge Circuitry
(5) Gauge Factor (Strain Sensitivity 'K' )
(6) Strain Gauge Attachment

2. 실험 장치

3. 이론식

4. 실험 방법

5. 실험 결과
(1)측정값
(2)이론값

6. 고 찰

7. 참고 문헌

본문내용

의 페인트, 녹, 코팅 등을 그라인더(Grinder)나 Sand Blasting 등을 사용하여 제거한다. 다음으로 Sand Paper(100 to 300 grit)을 사용하여, 원을 그리면서 접착위치를 연마한다.
ii) 접착위치를 정확히 하기 위하여, 철필이나 연필(5H,6H)등을 사용하여 위치를 표시한다.
iii) 표면의 기름이나 그리스(Grease)등을 제거하기 위하여, 거즈(Gauze)와 Acetone, Chlorothene을 사용하여 닦아낸다. 수분을 포함하는 Alcohol등의 용제(Solvent)는 사용할 수 없다. 거즈로 닦아냄에 있어, 계속 한 방향으로 밀어내듯이 닦아내야 한다. 좌우 또는 앞뒤로 방향을 바꿔가면서 닦아서는 안된다.
- 스트레인 게이지의 접착
i) 사용할 스트레인 게이지의 저항값을 측정하여 이상이 없는지 확인한다.
ii) 스트레인 게이지를 투명 테이프에 부착한다. 이 때 게이지의 접착면이 테이프에 부착되어서는 안된다.
iii) 이물질이 제거된 접착면에 테이프를 사용하여 스트레인 게이지를 부착한다. 이 때, 표시된 접착위치에 정확히 정치시키도록 한다.
iv) 테이프의 좌,우 중 한 쪽을 선택하여 들어 올린다. 이 때, 스트레인 게이지의 접착면이 떨어질 만큼만 테이프를 떼어낸다. 테이프와 부착면 사이의 각도를 30도 이하로 유지 시켜, 스트레인 게이지가 손상되지 않도록 주의한다.
v) 스트레인 게이지 접착 위치에 접착제를 도포한다. 이 때, 너무 많은 양이 도포되지 않도록 주의한다.
vi) 테이프를 다시 원래 위치로 부착시켜 스트레인 게이지를 표시된 위치에 정치 시킨다. 정치 시킨 후에는, 엄지 손가락으로 일정시간(1분 가량) 압력을 가하여 접착에 필요한 양 이외의 접착제가 밀려 나오도록 한다.
2. 실험 장치
KYOWA STRAIN GAGES
TYPE : FKG-5-120-C1-11
TEMPERATURE COMPENSATION for STEEL
GAGE LENGTH 5mm
GAGE RESISTANCE(24℃, 50%RH) 119.8 ± 0.2Ω
GAGE FACTOR 2.11 ± 1.0%
[그림 3] 스트레인 게이지의 종류 표기법
[그림 4] 실험에서 쓰인 스트레인 게이지의 leadwire에 따른 종류
[그림 5] 실험 장치 설계의 개략도
[그림 6] 실험 장치 설계의 개략도와 Bending Moment Diagram
3. 이론식
4. 실험 방법
(1) stainless steel 재질의 cantilever beam에 게이지를 부착요령에 맞게 잘 부착한다.
(2) 자중에 의한 변형률의 양을 측정한다.
(3) 2.98N과 5.98N의 하중을 가한 후 변형률의 양을 측정하여 자중에 의한 값과의 차를 구한다.
(4) 측정한 하중에 의한 변형률을 이용하여 응력을 계산한다.
(5) 실험에서의 하중과 같은 조건에서의 변형률과 응력을 이론식에 대입하여 구한다.
(6) 이론값과 측정값의 차이를 구하고, 비교 분석한다.
5. 실험 결과
(1) 측정값
각 하중에 따른 변형률 ( )
2.98(N) 일 때
5.98(N) 일 때
스트레인 게이지의 부착 위치
50 (mm)
905
1675
100 (mm)
600
1110
[표 1] 하중의 변화에 따른 각각 게이지 위치에서의 변형률
각 하중에 따른 응력 ( MPa )
2.98(N) 일 때
5.98(N) 일 때
스트레인 게이지의 부착 위치
50 (mm)
181
335
100 (mm)
120
222
[표 2] 하중의 변화에 따른 각각 게이지 위치에서의 응력
(2) 이론값 ( b=25mm ,h=1mm )
<하중 2.98N, 게이지의 위치 50mm 일 때>
<하중 2.98N, 게이지의 위치 100mm 일 때>
<하중 5.98N, 게이지의 위치 50mm 일 때>
<하중 5.98N, 게이지의 위치 100mm 일 때>
[그래프 1] 2.98N의 하중에 대한 변형률 비교 (단위 : )
[그래프 2] 5.98N의 하중에 대한 변형률 비교 (단위 : )
[그래프 3] 2.98N의 하중에 따른 응력의 비교 (단위 : MPa)
[그래프 4] 5.98N의 하중에 따른 응력의 비교 (단위 : MPa)
6. 고 찰
- 이 실험에서 스트레인 게이지를 이용하여 스트레인 인디케이터를 통해 얻은 변형률을 바탕으로 각 지점에 걸리는 응력을 계산하고, 한편으로 이론식에 하중을 이용하여 cantilever beam에 작용하는 굽힘 모멘트와 관성모멘트 혹은 단면계수 등을 대입하여 얻은 응력의 차이를 비교해 본 결과 오차가 거의 없이 비슷한 값을 얻을 수 있었다.
이 실험에서 사용한 cantilever beam은 stainless steel라는 사실만 알뿐 그 성분이 명확하지 않아 탄성계수(E)를 200GPa로 가정하여 결과값을 계산하였으나, 이론값과 측정값 모두에 동일한 값을 적용하였으므로 응력의 크기에는 영향을 미칠 수 있으나, 이론값과 측정값의 비교에는 영향이 없다.
이 실험에 오차를 가져올 수 있는 원인들로는 스트레인 게이지를 설치함에 있어서 스트레인 게이지의 위치가 정확하지 않음에서 오는 오차가 있을 수 있으며, 스트레인 게이지 부착 시 부착방법을 따라서 표면가공처리는 잘 하였기 때문에 스트레인 게이지와 부착면 사이의 이물질에 대한 오차는 무시한다.
또 다른 오차 발생 요인은 스트레인 게이지는 Gage Length부분이 변화하면서 그 값을 저항으로 측정하기 때문에 변형 방향과 Gage Length의 방향이 정확히 일치 되지 않았다면 정확한 저항값을 얻기 힘들다.
그 밖의 오차의 요인들로는 cantilever beam에 어느 정도의 소성변형이 가해진 상태에서 실험을 하였기 때문에 그에 따른 재료의 성질에 변화가 생겨서 탄성계수가 변화되었을 가능성이 있으나 이 역시 측정값과 이론값의 비교에는 문제가 되지는 않는다.
7. 참고 자료
신편 재료역학 - 김희송외 공저
이정한-기계공학이야기 (http://www.leeyo.pe.kr/)
케이엠티엘 (http://www.kmtl.co.kr/strain.htm)
KYOWA strain-gage technologies (http://www.kyowa-ei.co.jp/english/index_e.htm)

키워드

스트레인게이지,   변형률,   응력측정