스트레인 게이지 부착과 구조응력 해석 시험

소개글

스트레인 게이지 부착과 구조응력 해석 시험에 대한 보고서 자료입니다.

목차

1. 실험명 : Strain Gage 부착과 구조응력해석 시험

2. Strain Gage실험 관련 이론

3. 실험 방법
3.1 실험기기 및 장치, 재료
3.2 실험 방법

4. 실험결과 및 고찰
4.1 실험결과
4.2 고찰

5. 실험 소감

6. 참고문헌

본문내용

실험기기 및 장치, 재료
- 저항선을 이용한 strain gage : 저항을 읽음
- steel beam : 스트레인 게이지가 부착될 빔
- sand paper : 입도가 다른 두 가지 종류
- strain gage 접착제 : 스틸 빔에 게이지를 부착할 접착제
- 거즈 : 부착표면을 닦을 때 사용
- 면봉 : 알콜이나 각 약품을 바를 때 사용
- 알콜 : 이물질 제거
- 스카치 테이프 : 스트레인 게이지를 고정
- 산화제, 중화제, 경화제
- 고무판, 알루미늄판 : 게이지가 잘 부착되도록 위에 덮어줌
- 집게 : 게이지가 잘 부착되도록 일정하게 눌러주는 역할
- 무게추 : 1kg~4kg까지의 무게추
3.2 실험 방법
1. 사용할 스트레인 게이지를 준비하고 저항 값을 측정하여 이상이 없는지 확인한다.
2. 알루미늄, steel 중 실험할 빔을 선택한다.
3. beam의 스트레인 게이지 부착부분을 sand paper로 잘 연마한다.
4. 연필 등으로 스트레인 게이지가 부착될 정확한 위치를 그려준다.
5. 이물질을 없애기 위해 알콜을 묻힌 거즈로 유리판과 빔을 잘 닦아준다.
6. 스트레인 게이지를 투명 테이프에 부착한다.
7. 표시된 접착 위치에 스트레인 게이지를 정확히 부착시킨다.
8. 부착한 테이프의 한쪽을 스트레인 게이지가 떨어질 만큼만 떼어낸다.
9. 스트레인 게이지가 붙여질 부분에 산화제, 중화제, 경화제 순으로 발라준다. 너무 많이 바르지 않고 일정하게 바르고 하나를 바르고 잘 마른 후에 다시 바른다.
10. 스트레인 게이지와 빔에 본드를 발라준 다음 엄지손가락으로 밀어서 잘 부착시킨다.
11. 고무판과 알루미늄 판을 대고 집게로 눌러서 잘 붙을 때 까지 기다린다.
12. 빔에 스트레인 게이지로부터 얼마만큼 떨어진 거리를 지지할지 표시한다.
13. 표시한 거리에 맞추어 빔을 시험기에 잘 고정시킨다.
14. 스트레인 게이지 저항선을 컴퓨터 선에 연결한다.
15. 다이얼 게이지의 눈금을 0에 오게 맞춘 다음 1kg씩 하중을 가하면서 변화 처짐 값을 읽어서 기록한다.
<그림 2>
4. 실험결과 및 고찰
4.1 실험결과
▶ 실험값인 시간 - 변형률 그래프
<그래프 1>
※ 이 값은 진동으로 일정하지 않은 값들을 모두 평균한 값이다.
▶ 하중에 따른 탄성계수 구하기
<그림 3>
이러한 보에서의 모멘트 공식은
이므로
<그림 4>
b = 0.02507m , 0.0202508m => 0.025075m
h = 0.00456m , 0.00455m => 0.004555m
ⅰ) P=9.81N 일때
ⅱ) P=19.62N 일때
ⅲ) P=29.43N 일때
ⅳ) P=39.24N 일때
<그래프 2>
▶ 하중에 따른 이론 처짐값
<그림 5>
ⅰ) P=9.81N 일때
ⅱ) P=19.62N 일때
ⅲ) P=29.43N 일때
ⅳ) P=39.24N 일때
<그래프 3>
4.2 고찰
▶ 처짐값의 비교
하중(kg)
환산하중(N)
이론 처짐값(mm)
실험 처짐값(mm)
1
9.81
0.5867
0.54
2
19.62
1.1733
1.13
3
29.43
1.760
1.59
4
39.24
2.3467
2.06
<표 2>
: <표 2>를 보면 알 수 있듯이 하중을 1kg씩 가하면서 변화하는 처짐값을 이론값과 비교한 결과 꽤 정확한 것을 알 수 있다. 하중이 1,2kg 일 때는 이론과 실험에서의 오차가 0.02mm 미만으로 거의 없는 것을 볼 수 있지만 3,4kg 일 때는 0.17, 0.2867 정도로 조금씩 오차가 커지고 있는 것을 볼 수 있다. 스트레인 게이지가 부착된 빔에 하중을 가할 때 게이지에 정 중앙에는 하중을 가할 수 없어서 약간 옆쪽에 무게 추 걸이를 놓고 하중을 가한 것이 실험값에 약간의 영향을 끼쳤다고 본다.
<그래프 4>
▶ 탄성계수의 비교
하중(kg)
환산하중(N)
실험 탄성계수(GPa)
1
9.81
398
2
19.62
314
3
29.43
279.2
4
39.24
263
<표 3>
: 실험에 사용된 보의 재질 스틸이어서 E 값을 측정하였는데 200GPa보다 훨씬 큰 것으로 보아 일반적인 강이 아닌 합금강으로 보인다. 탄성계수는 외력에 의해서 변형을 일으킨 물체가 힘이 없어질 때 원래대로 돌아가려는 성질을 가지는 상수이다. 하중을 가할 때 마다 탄성계수 값이 줄어드는 것으로 보아 탄성한계에 도달한 것이라 생각할 수 있지만 스틸이 지금 2mm 변형되는데 한계에 오리라고는 생각되지 않는다. 값이 안정한 상태로 오기전의 불안정한 상태로 보여 진다.
5. 실험 소감
: 이번 스트레인 게이지 실험은 방법이 처음에 많이 어색했다. 작년에 재료강도실험을 들었음에도 불구하고 어떻게 했는지 잘 기억도 나지 않고 마냥 생소하게만 느껴졌다. 탄성계수의 경우 어떠한 대상과 비교해야 할지 한참을 고민했었다. 측정값으로 나온 변형률의 경우 후크의 법칙을 이용하여 응력과 함께 처짐 값을 구할 수 있을 거라고 생각했지만 그렇게 계산하지는 않았고 중첩의 원리를 써서 계산하였다.
이번 실험을 통해서 다시 고체역학의 한 부분을 기억해 낼 수 있었고 실제의 적용도 훨씬 명확해 졌다. 한 가지 실험 중 어려운 것이 있었다면 맨 처음에 스트레인 게이지를 부착할 때 빔에 먼저 붙어있던 스트레인 게이지 때문에 영향이 있을 것 같아 멀리 떨어져서 사포질을 한 후 부착을 했더니 1층의 재료강도 실험실에서 하중을 가할 때 거리가 너무 짧아서 처음에는 다이얼 게이지의 값이 변화가 없었다. 조금 더 늘려서 측정하니 1kg에서도 변화가 있어서 측정할 수 있었다. 원래는 5kg까지 하고 싶었지만 추를 더 놓을 곳이 없어서 하나를 더 측정하지 못했다. 실험 때 마다 느끼는 거지만 오차를 피할 수는 없다. 다만 이것을 줄이는데 더 노력을 해서 실험을 하고 그 데이터를 바탕으로 부족하지만 이론과 최대의 근접 값을 만들어야 한다. 이러기 위해서는 과정 또한 중요하므로 오차를 줄이는 요인을 생각해 가면서 실험을 해야 하겠다.
6. 참고문헌
1. 응력해석실험 교재
2. 이주성, 이영신, 이종길, 양박달치, 장준호, 류봉조 공역. 2004, “핵심재료역학”, 인터비젼
3. 박철희, 2004, “재료역학 문제 및 해설”, 삼성북스

키워드

응력해석,   strain gage,   실험보고서,   고체역학,   재료 역학,   스트레인,   스트레인게이지,   구조응력