[기계공학실험] 스트레인게이지

소개글

[기계공학실험] 스트레인게이지에 대한 보고서 자료입니다.

목차

Ⅰ. 서 론
ⅰ. 실험목적
ⅱ. 실험이론

Ⅱ. 본 론
ⅰ. 실험장치
ⅱ. 실험방법
ⅲ. 실험 시 유의사항

Ⅲ. 결 론
ⅰ. 실험결과 및 정리
ⅱ. 비교 그래프
ⅲ. www.vishay.com
ⅳ. 결론 및 고찰
ⅴ. 참고문헌

본문내용

탄성 계수(E)
poison 비
길이(L)
너비(b)
높이(h)
0.29
19cm
5cm
0.2cm
< 표-3 조 건 표 >
※ 이론식
※ 이론식에 조건들을 대입하면,
< 5N 경우 >
< 10N 경우 >
< 15N 경우 >
5N
10N
15N
9.684
19.368
29.052
290.52
581.622
872.432
< 표-4 이론 계산 결과표 >
ⅱ. 비교 그래프
① 주응력 실험값과 이론값 비교
< 그래프-1 주응력 실험값과 이론값 비교 그래프 >
② 변형률 실험값과 이론값 비교
< 그래프-2 변형률 실험값과 이론값 비교 그래프 >
ⅲ. www.vishay.com
< 그림-2 www.vishay.com 화면 캡쳐 >
① 5N 의 하중이 작용할 경우
< 그림-3 5N 작용할 때 조건 입력 >
② 10N 의 하중이 작용할 경우
< 그림-4 10N 작용할 때 조건 입력 >
③ 15N 의 하중이 작용할 경우
< 그림-5 15N 작용할 때 조건 입력 >
ⅳ. 결론 및 고찰
① 실험 결과의 비교 분석
이번에 시행한 스트레인 게이지 실험은 외팔보에 가해지는 하중에 대해 변화를 주어 총 3번의 실험을 하였는데, 시험온도나 시험기구, 주위 환경 조건은 최대한 동일하게 유지하고 실험을 하였다.
전체적으로 위의 실험 Data 결과표와 그래프를 살펴보면 외팔보에 가해지는 하중이 5N→10N→15N 으로 각각 증가 할수록 최대주변형률, 최대전단변형률, 최대주응력, 최소주응력, 최대전단주응력 또한 증가한다는 것을 볼 수 있다. 실험값과 마찬가지로 이론값을 분석해 보았을 때도 하중을 크게 가할수록 응력과 변형률이 커지는 경향을 나타내었다. 하지만 <표-2> 와 <표-4>를 비교해 보면 우리가 직접실험을 하여 얻어낸 실험 Data를 계산한 실험값과 이론식에 대입하여 나온 이론값에는 차이가 있다는 것을 알 수 있다. 하중에 따라 변형률과 응력의 오차 범위를 알아보면, 5N의 하중이 가해졌을 경우 12.783 × 10-6 , 5.07 [kg/cm2] 씩 이론값이 크게 나왔고, 10N과 15N의 하중이 가해졌을 경우에도 각각 29.174 × 10-6 , 19.29 [kg/cm2] 와 39.628 × 10-6 , 19.28 [kg/cm2] 씩 이론값이 큰 결과가 나왔다. 실험값과 이론값의 오차 크기는 하중이 증가 할수록 대체적으로 커지는 것을 알 수 있지만, 하중이 증가 할수록 값들도 커지기 때문에 결과 값 당 오차 백분율은 거의 비슷하다고 할 수 있겠다.
그럼 지금부터는 10-6 정도까지의 아주 미세한 변형과 응력까지 측정 가능 하였던 디지털전자 스트레인 게이지 실험기구를 사용하였는데도 오차가 나타난 이유를 생각해 보겠다.
첫 번째 오차원인으로 실험을 하는 실험실의 환경적인 요인을 들 수 있다. 우리가 스트레인 게이지 실험을 실행한 실험실 안에서는 우리 조 뿐만 아니라 다른 조의 실험도 동시에 시행되고 있었다. 그 때문에 다른 실험 시 발생하는 진동이나 흔들림 등 환경요인이 스트레인 게이지에 영향을 주었을 수도 있었기 때문에 정확한 실험값을 얻을 수 없었을 것이라고 생각한다.
두 번째로 외팔보(=Beam)에 하중을 가할 시 생긴 흔들림을 오차발생 원인으로 들 수 있다. 흔들림이 거의 없는 기계적인 움직임으로 하중을 가해준 것이 아니라 직접 사람의 손으로 추를 매달았기 때문이다. 실제로 실험을 하면서 하중을 가하고 어느 정도의 시간이 흘렀음에도 불구하고 측정 계기판에는 측정값들의 소수점이하 값들이 일정하지 않고 조금씩 변화하는 것을 볼 수 있었다.
세 번째로 외팔보(=Beam)의 상태가 완벽하지 않은 부분을 생각할 수 있다. 우리 조가 실험하기 전에 많은 조들이 스트레인 게이지 실험을 하였을 것이고 매 실험시마다 외팔보(=Beam)에 하중을 주었다가 제거하였을 것이다. 외팔보(=Beam)가 Rigid Body가 아니기 때문에 계속된 하중의 유무로 인해 육안으로는 확인 할 수 없지만 아주 미세한 변형이 일어났고 이러한 상황에서 실험을 하였기 때문에 이론값과 실험값이 차이가 났을 것이다.
네 번째 오차원인으로 스트레인 게이지 부착과정에서의 부정확함을 들 수 있겠다. 비록 게이지를 우리가 직접 외팔보(=Beam)에 부착한 것은 아니지만, 게이지를 아주 정확히 0°, 45°, 90°로 부착하지 못했을 경우와 접착과정에서 수평 및 수직위치가 똑바르지 않게 접착 및 부착되었을 수도 있을 것이라고 감히 생각해본다.
마지막 원인으로 게이지의 변형을 전기적 신호로 계기판에 전달하는 실험 과정을 생각할 수 있다. 물론 1m도 안 되는 전선의 길이였지만, 제작당시 때보다 시간이 많이 지났고 시간의 흐름으로 인해 발생되거나 생성된 저항요소에 의해 정확한 전기적 신호를 Data 출력장치에 보내지 못 했을 것이다.
그 전에 했던 어떠한 기계공학 실험보다 상대적으로 정확한 실험을 한 스트레인 게이지 실험을 통하여서 가해지는 하중에 변화에 따라 변형률과 응력의 변화를 알 수 있었다. 특히 변형률이나 응력은 실생활에 사용되는 책상이나 걸상에서부터 규모가 큰 다리나 댐, 자동차 등 전문적이고 정확한 지식을 필요로 하는 분야에서 중요시 되는 요소이기 때문에 이번 실험은 개인적으로 기계적인 전문적 지식을 습득하는데 많은 도움이 되었다. 또한, 2학년 때 수강한 재료역학 강의에서 자주 등장했던 스트레인 게이지를 직접 보고 실험을 하면서 변형률이나 응력에 관한 이해와 두 요소의 관계를 알 수 있었다.
다만 아쉬운 점이 있다면, 이번 실험에서는 외팔보(=Beam)의 경우만 변형률과 응력을 구하고 측정하였는데 기회가 주어진다면 외팔보(=Beam)외에 Simple Beam이나 Shaft, 모양이 일정하지 않은 Beam을 모형으로 해서 실험을 해보고 싶다.
ⅴ. 참고문헌
① James M. Gere, "재료역학", 인터비젼, 2004, pp 3~6, 518
② William D. Callister, Jr. , "재료과학”, 교보문고 WILEY, 2005, pp 146
③ 이병옥, “최신기계공학실험”, 인터비젼, 2004, pp 206~207
④ 권영하 외. “고체역학”, 인터비젼, 2006
⑤ www.vishay.com

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기계,   기계공학실험,   스트레인게이지,   straingage