[기계공학실험] 스트레인게이지2

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. 결론 및 고찰
ⅳ. 참고문헌

본문내용

각각의 Strain gage에 대한 balance를 맞춘다.
4. 측정을 하기 전에는 반드시 영점을 맞추어 정확한 실험이 가능하도록 한다.
5. 하중을 50N 가한 후 각각의 Strain의 변화량을 측정한다.
6. Strain gage의 위치에 따라 strain을 측정하고 응력 분포의 경향을 알아본다.
7. 측정한 결과 데이터 가지고 공칭 인장 응력, 응력 집중 계수. 예상되는 재료의 Young's Modulus를 계산한다.
ⅲ. 실험 시 유의사항
1. 아주 미세한 변형이나 움직임에도 반응하는 전자 시스템이기 때문에 실험 시 실험 기 구(=스트레인 게이지)의 흔들림, 즉 진동이 존재하지 않도록 각별히 주의한다.
2. 각각의 실험 시 추로 하중을 가하기 전 반드시 0점 조절을 하고 실험을 한다.
3. 실험을 반복 할 때 똑같은 초기조건과 환경을 유지한다.
4. 하중을 가한 후 바로 화면에 나타난 변형량 수치를 받아들이기 보다는 시간이 어느 정도 경과한 후 안정된 상태에서 측정된 값을 받는다.
Ⅲ. 결 론
ⅰ. 실험결과 및 정리
1. 실험결과 Data
-
1
2
3
Upper Strain
Lower Strain
< 표-2 실험 Data >
2. 실험값( 실험결과 Data를 계산식에 대입 ) 조건
① 공칭 인장 응력,
② 응력 집중 계수,
③ 예상되는 재료의 Young's Modulus
ⅱ. 비교 그래프
① Upper Strain 위치에 따른 변형률 비교
< 그래프-1 Upper Strain 변형률 비교 그래프 >
② Lower Strain 위치에 따른 변형률 비교
< 그래프-2 Lower Strain 변형률 비교 그래프 >
③ Measured Strain( Upper & Lower 비교 그래프 )
< 그래프-3 Measured Strain(Upper & Lower) 비교 그래프 >
ⅳ. 결론 및 고찰
→ 우선, 실험값이 나온 총 6개의 데이터를 가지고 최종적으로 나온 <그래프-3>을 분석해보겠다. 50N의 하중을 판재에 가하였을 때 크랙이 있는 Upper Strain gage 1, 2, 3은 각각 , , 나왔으며, 크랙의 영향을 받지 않는 Lower Strain gage 1, 2, 3은 세 개의 Data 모두 균일하게 로 나왔다. 이런 결과 Data로 보아 판재에 존재하는 크랙의 위치에 따라 변형 및 응력의 분포도 각각 달라진다는 것을 알 수 있다.
또한, Lower Strain이 크랙의 영향을 받지 않아서 공칭 인장 응력 즉, 라고 할 수 있었으며, 와 공식을 이용하여 재료의 Young's Modulus 찾을 수 있었다. 마지막으로 당연한 결과이지만 크랙의 영향을 받은 Upper Strain의 변형률이 크랙의 영향을 받지 않은 Lower Strain 변형률 보다 크게 나왔다.
하지만 이번 실험이 디지털 측정 Box 장비를 사용하였지만 100% 정확하다고는 할 수 없다. 그 이유는 몇 가지 오차 원인 발생 요소가 있기 때문이다. 첫 번째 원인 오차 이유로는 실험실 내부의 실험 환경 조건 요소 중의 온도를 생각해 볼 수 있다. 실험에 사용한 판재가 Rigid Body가 아니기 때문에 온도의 변화에 따른 성질이 존재한다고 할 수 있고, 실험실안의 온도가 아주 일정하게 유지 된 것이 아니기 때문에 정확한 실험 결과 데이터가 나오지 않았을 것이다. 두 번째로 판재에 50N의 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 실험에 사용된 판재의 상태가 완벽하지 않은 부분을 생각할 수 있다. 우리 조가 실험하기 전에 많은 조들이 스트레인 게이지 실험을 하였을 것이고 매 실험시마다 판재에 하중을 주었다가 제거하였을 것이다. 판재가가 Rigid Body가 아니기 때문에 계속된 하중의 유무로 인해 육안으로는 확인 할 수 없지만 아주 미세한 변형이 일어났고 이러한 상황에서 실험을 하였기 때문에 정확한 이론값과 실제 실험값이 차이가 났을 것이다. 네 번째 오차원인으로 스트레인 게이지 부착과정에서의 부정확함을 들 수 있겠다. 비록 게이지를 우리가 직접 판재에 부착한 것은 아니지만, 게이지를 아주 정확히 지면과 수직으로 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.
하지만 이번 Strain gage 실험을 통하여 다른 학문에 비하여 역사가 그렇게 길지 않은 ‘파괴역학’이라는 학문을 접하게 되고, 실생활에서 정말 중요한 부분을 차지하고 있다는 것을 알게 되었다. 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 한 가지 형상의 크랙과 판재 경우만 변형률과 공칭 인장 응력을 구하고 측정하였는데 기회가 주어진다면 다양한 모양의 판재와 크랙 모형으로 여러 번의 실험을 해보고 싶다.
ⅴ. 참고문헌
① T.L. 앤더슨, "파괴역학", 한국경제신문, 2000, pp 59
② 이용복 외2명, "피로해석의 기초”, 양문각, 2004, pp 103
③ 강성후 외1명, “콘크리트 파괴역학”, 구미서관, 2003, pp 253
④ Wiliam D. Callister.Jr, “재료과학과 공학”, WILEY, 2007, pp 250
⑤ http://www.ggmt.hs.kr 경기 기계 공업고등학교

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