빔 테스트에 관한 실험 보고서

소개글

빔 테스트에 관한 실험 보고서에 대한 보고서 자료입니다.

목차

1. 실험명 : Beam Test

2. Beam 실험관련이론

3. 실험방법

4. 실험결과 및 고찰

5. 결론(시험소감)

6. 참고문헌

본문내용

그림 6>
<표 3>
하중(kg)
환산하중(N)
처짐값(mm)
0.5
4.905
1.45
1
9.81
2.8
1.5
14.715
4.3
2
19.62
5.95
2.5
24.525
7.25
3
29.43
8.45
3.5
34.335
9.75
<그래프 1>
식을 E에 관하여 정리, 식에 하중과 처짐값이 비례하는 구간의 값을 대입하여 E 값들을 구한 뒤 평균 E 값을 구한다.
0~0.5kg 구간 :
0.5~1kg 구간 :
1~1.5kg 구간 :
1.5~2kg 구간 :
2~2.5kg 구간 :
2.5~3kg 구간 :
3~3.5kg 구간 :
0.5~2kg 구간의 E 값은 일정하지 않기 때문에 버리고 2~3.5kg 구간의 E 값이 대체로 일정하기 때문에 이 구간의 E 값을 평균 내어 실험 빔의 E 값을 정의한다.
평균 E 값 : 93679MPa
고찰 : 실험에 사용된 보의 재질을 스틸로 예상하고 E 값을 측정하였는데 200GPa에 한참 미치지 못하는 것으로 보아 일반적인 강이 아닌 것으로 보인다. 하중별 처짐값은 세 차례에 걸친 실험의 측정값을 분석하여 정의하였는데 세 경우 모두 처음부터 일목요연하게 하중에 따라 처짐값이 일정하게 증가하지는 않았다. 안정된 상태에 접어들기 전의 불안정한 과정으로 생각된다. 무게추의 부족으로 3.5kg까지만 실험할 수 있었고 하중에 따른 처짐값의 급격한 변동은 보이지 않아 빔의 탄성한도까지는 도달하지 않은 것으로 생각할 수 있다. 0.5~2kg 구간의 E 값이 지속적으로 감소하는 양상을 보이므로 이 구간의 E 값은 버리고 2~3.5kg의 E 값이 약간의 기폭이 있지만 대체로 균일하고 추후에도 일정한 E 값을 가질 것으로 예측하여 이 구간의 E 값을 이 금속의 E 값으로 정의하였다. 그러나 겨우 3개의 구간만으로 E 값을 정의하는 것은 무리일 수 있으므로 이 실험에서 정의된 E 값을 다음 실험에 사용하여 정의된 E 값이 옳은 값인지 확인토록 한다.
② 2개의 집중하중을 받는 단순지지보
<그림 7>
실측값
D 반력 : 4.5N
A 반력 : 측정불가, 에서 B, C, D 대입하여 A 구함. 10.215N
: 4.25mm
이론값
A, D 반력
, 식 이용
오로지 9.81N 하나만에 의한 A, B의 반력을 구하고 오로지 4.905N 하나만에 의한 A, B의 반력을 구한 뒤 각각의 반력을 합산한다.
9.81N 만 작용한다고 가정
4.905N 만 작용한다고 가정
각각의 반력 합산
if a>b 식 이용
오로지 9.81N 하나만에 의한 처짐을 구하고 오로지 4.905N 하나만에 처짐을 구한 뒤 각각의 처짐을 합산한다.
9.81N 만 작용한다고 가정
4.905N 만 작용한다고 가정
고찰
실측값
이론값
10.215N
10.275N
4.5N
4.44N
4.25mm
4.28mm
<표 4>
실측값과 이론값이 거의 완벽하게 일치한다. 첫 번째 실험에서 구한 E 값이 정확하게 정의되었음이 증명되었으며 일단고정 타단지지보를 단순지지보로 해석해도 무방함이 증명되었다. 오히려 단순지지보로 착각하기 쉬운 두 개의 로드셀 위에 단순히 빔을 얹혀놓은 경우는 지지부위에 가로방향으로의 보의 입출입이 자유로워 처짐값이 진짜 단순지지보보다 훨씬 크게 나오므로 이를 단순지지보로 해석하면 틀린 값이 나오므로 주의한다.
③ 끝단에 집중하중을 받는 내다지보
<그림 8>
실측값
B 반력 : 13.8N
A 반력 : 측정불가, 에서 B, C 대입하여 A 구함. 3.99N
: 6.05mm
이론값
B 반력
A 반력
※참고 : 왼쪽 고정단을 힌지로 해석하지 않고 진짜 외팔보로 해석하면
부정정 보, B 지지점의 처짐값이 0 인 점을 착안, 외팔보의 끝단에 작용하는 하중 와 반력 에 의한 B 지점의 처짐이 0 이 되는 것을 이용함.
( 에 의한 처짐) - ( 에 의한 처짐) = 0;
정리하면
A 반력
<표 5>
끝단 모멘트에 의해 B 에 θ 가 생성되어 이로 인한 C의 처짐 과 집중하중 9.81N 에 의한 C의 처짐 의 합으로 표현할 수 있다.
과 식을 이용
실측값
이론값
3.99N
3.27N ※4.89N
13.8N
13.08N ※14.7N
6.05mm
6mm
고찰
<표 6>
2번째 실험과 마찬가지로 실측값과 이론값이 매우 일치한다. 정의된 E 값이 옳은 값이었다는 것이 또다시 증명되었다. 오히려 일단고정 타단지지(※)로 해석을 해보니 오차가 더 크게 나온다. 본 실험에서는 고정단을 힌지로 해석함이 옳다.
5. 결론(시험소감)
미세한 오차는 필연적으로 생길 수밖에 없다. 그 원인으로 20년 이상 된 시험기의 노후, 다이얼 게이지를 측정하고자 하는 보의 위치에 정확히 위치시키기 어려운 점, 로드셀에 약간의 유격이 있고, 로드셀 게이지 또한 정위치를 잡기 어려운 점, 빔이 소성변형 된 점, 고정단을 뒤쪽의 스케일의 눈금에 정확히 맞추기 어려운 점, 계측자의 부정확한 측정 등, 이론해석처럼 이상적이지 않은 실험환경 때문에 오차가 발생하는 것으로 생각된다.
실험 전에 충분히 실험계획을 세우고 실험에 임했는데도 불구하고 실험 후 데이터 정리, 다시 실험, 데이터 정리 하는 것을 수차례 반복하였는데 정확한 측정을 위한 지속적인 피드백은 필수불가결이라고 생각한다. 20년 이상 된 시험기는 제법 정확한 측정값을 내주었다. 무게추가 더 많았다면 실험 빔의 E 값을 구하는데 더욱 참조가 되었을 것이다.이번 응력해석실험에서의 Beam Test는 이론적으로만 배웠던 고체역학강의를 실제로 실험해보고 느낄 수 있는 좋은 기회였다. 처음 보았을 때 시험기가 너무 오래되고 부실하다는 생각이 실험 내내 머리에서 맴돌면서 아쉬움으로 남았다. 그러나 지지조건이나 하중조건, 재료에 따라 경계조건을 바꾸어가며 실험하면서 책에 있는 문제들을 실험으로 푸는 것 같은 느낌이었고 처음 보는 생소한 시험기를 이용해서 실험한 값이 이론값과 거의 비슷했을 때에는 정말로 놀라웠다. 재료의 종류에 따른 처짐이 가장 기억에 남는 실험이었다.
6. 참고문헌
1. 응력해석실험 교재 공과대학
2. 이주성, 이영신, 이종길, 양박달치, 장준호, 류봉조 공역. 2004, “핵심재료역학”, 인터비젼
3. 박철희, 2004, “재료역학 문제 및 해설”, 삼성북스

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