굽힘실험 결과 보고서

소개글

굽힘실험 결과 보고서에 대한 보고서 자료입니다.

본문내용

형이 일어날 때 까지 점차 증가시킨 후 제하하여 얻어진다.
4점 굽힘시험은 두 지지점에 걸려있는 단순보와 각 지지점으로부터 같은 간격을 가진 두점에 하중이 가해진다.
이 방법에서 탄성율과 굽힘내력강도는 3점 굽힘시험 방법과 유사한 과정에 의하여 얻어진다.
그림 1.8는 외팔보 굽힘시험기, 그림 1.9(a)는 3점 굽힘시험장치 및 그림 1.9(b)는 4점 굽힘시험장치의 개략도를 각각 나타낸 것이다.
그림 1.8 외팔보 굽힘 시험기의 개략도
그림 1.9 (a) 3점 굽힘시험장치
7.굽힘 실험의 이론
세라믹이나 초경합금과 같이 경하고 취성이 큰 재료들은 가공상의 문제점들 때문에 복잡한 형상을 가지거나 엄격한 치수가 요구되는 시편으로 제작하기 어렵다. 게다가 이러한 재료들은 표면결함이나 노치(notch)에 민감하므로, 시편을 시험기에 물리는 인장시험은 문제가 된다. 또한 시편이 정확한 위치에 놓여 있지 않으면 시편의 단면에서 응력분포가 불균일하게 될 수도 있음으로 압축시험의 신뢰성도 떨어진다. 그래서 다음과 같은 시험법이 필요로 하게 된다. 취성재료의 시험에 흔히 사용되는 방법이 아래 그림에 있으며 이를 굽힘시험(bending test) 혹은 굴곡시험(flexure test)이라고 한다.
임의의 하중을 받고 있는 임의의 보에서 전단력이 걸리지 않으며, 균일한 굽힘 모멘트만 작용하고 있는 부분의 상태를 순수 굽힘의 상태라고 한다. 이와 같은 순수 굽힘으로 인해서 그곳에 발생하는 내부응력의 상태를 조사하자면, 그 부분의 재료의 변형상태를 고찰해야 한다. 그 일을 위한 가정으로서, 이 보는 균일단면의 보이고, 그 중심축을 포함하는 대칭면을 갖는다고 생각하고, 이 면을 ｘｙ-평면으로 잡는다. 또한 모든 하중들은 이 대칭면 내에서 작용하며, 그 보의 굽힘 변형도 그 평면 내에서만 일어난다고 가정한다. 그리고 그 재료는 균질이며 후크의 법칙을 따르고, 인장과 압축 하에서의 탄성계수가 동일하다고 가정한다. 보의 변형이 일어나면, 보의 볼록한 쪽의 섬유들은 조금 늘어나고, 오목한 쪽의 섬유들은 조금 줄어든다. 따라서 이 보의 상면과 하면 사이의 어딘가는 길이가 변하지 않는 섬유들의 층이 있을 것이다. 그와 같은 섬유들이 이루는 면을 중립면이라고 한다. 한 보의 중립면과 대칭면과의 교선을 그 보의 중립축이라고 하고 중립면과 각 단면과의 교선을 그 단면의 중립축이라고 한다. 연성재료의 환봉에 의한 인장 시험에서는 국부수축 뒤에 시험편 중심부에 Void가 발생하고, 이것이 확대, 연결되어 파단에 이르므로 시험편의 표면 다듬질의 상황은 항복점에 영향하는 것은 있어도 파단특성에는 거의 영향을 미치지 않는다. 이것에 대해서 굽힘 시험에 서는 표면에서 응력이 최대로 되므로 반드시 인장측의 표면에서 균열하여 들어간다. 따라서 표면다듬질에는 주의가 필요하고, 특히 견고 하고 여린 재료의 경우에는 시험편의 길이방향으로 연마를 하고, 연마홈의 노치 효과를 최소화하는 배려가 필요하다.
실험방법
①받침과 누름치의 축과는 서로 평행해야 한다.
또, 누름쇠 및 받침이 시험편에 접하는 면에는 기름칠을 하여도 무방하다.
②누름쇠의 끝 부분은 규정된 안쪽 반지름과 같은 반지름의 원통면을 가지며, 원통면의 길이는 시험편의 나비 보다 커야한다.
③받침이 시험편에 접하는 부분은 원통면으로 하고 그 반지름은 10㎜이상으로 한다.
또 받침 사이의 거리는 다음 식에 따른다.(그림 1.10참조)
L=2r+3t
여기에서 t : 2개의 받침 사이의 거리(㎜)
r : 안쪽 반지름(㎜)
f: 시험편의 두께 지름 변 또는 맞변거리(㎜)
④그림 1.10의 방법으로 굽히는 각도는 약 170“까지로 한다.
굽힘 각도가 180“일 때는 전항의 방법으로 약 170°로 굽힌 후에, 그림 1.21과 같이 규정된 안쪽 반지름의 2배의 두께를 가진 삽입물을 사용하여, 시험편의 양끝을 누른다. 다만, 그림 1.17에 있어서 받침 사이의 거리를 L=2r+2f로 하고 시험편이 받침을 빠져나갈 때까지 눌러서 이것을 180°까지 구부려도 좋다.
그림 1.14
⑤밀착할 때에는 우선 적당한 안쪽 반지름을 가지고, 거의 170°까지 구부린 후 그림 1.31의 방법에 따른다.
그림 1.15
실험결과
1.결과값
t
(2개의 받침 사이의 거리)
8.5(㎜)
굽힘 각도
파단됨
r(안쪽 반지름)
15(㎜)
항복 강도
1362.5 kgf/㎠
2.그래프
고찰
이번 실험은 이번 실험은 재료를 굽힘으로서 변형성능을 조사해보고, 시험편을 규정된 안쪽 반지름으로 규정된 각도로 될 때까지 굽혀, 만곡부 바깥쪽의 터진 흠과 기타의 결함 유무를 조사해보는 실험이었다. 먼저 굽힘시험이란 굽힘에 대한 재료의 강도나 연성을 측정하기 위한 시험이다. 1조의 시편이 파단이 나서 설마 우리것도 파단이 될까 했는데 1조에 이어 우리조도 시편이 파단되었다. 그 다음조부터는 시편의 표면을 갈아서 실험을 하였는데 우리조처럼 파단이 일어나지 않고 굽힘이 잘 되었다. 그 이유를 살펴보면 우리가 행했던 시험은 3점 굽힘시험 이였는데, 이때 양쪽 받침대를 기준으로 하였을때, 되도록이면 정중앙에 위치하도록 하여야한다. 시편이 정확한 위치에 놓여있지 않게되면 시편의 단면에서 응력분포가 분균일하게 될 수도 있기 때문이다. 금속이 파면할때까지 하중을 가하여 최대파면강도를 구한다. 그래서 시편이 굽혀질때 누름쇠가 시편의 양쪽과 맞닿아 하중이 실려질 경우 정확한 실험값을 얻기 어려우므로 시편이 굽혀질때 그 양쪽과 하중을 가해주는 누름쇠 부분이 닿지 않도록 해야했다. 실험결과로 항복강도는 1362.5kgf/㎠ 가 나왔다. 굽힘각도는 우리조 시편이 파단되었기 때문에 잴수 없었다. 나머지 조들의 시편이 파단되지 않은 이유는 시험편을 매끄럽게 갈고 나서 굽힘 실험을 시작하였다는 것이다. 여기서 시편을 매끄럽게 해주고 표면에 이물질이나 균열이 있을 경우 시편이 쪼개진다는것을 알 수 있다. 시편을 매끄럽게 해주었더라면 아마도 실험결과가 좋았을 거라고 판단된다. 이번 시험을 통해서 재료의 굽힘 강도와 연성을 측정하는 법을 알 수 있게 되었고, 관련 이론을 통해서 시험원리를 숙지하고 이러한 시험이 어디에 사용되는지도 알 수 있었다.

키워드

굽힘,   충격,   굴곡,   굽힘응력