[기계실험] 스트레인 게이지에 의한 변형률 및 하중 측정 실험

소개글

[기계실험] 스트레인 게이지에 의한 변형률 및 하중 측정 실험에 대한 보고서 자료입니다.

목차

1. 실험목적

2. 실험 내용 및 이론적 배경
2.1 실험 내용
2.2 이론적 배경

3. 실험 장치

4. 실험 방법

5. 실험 결과

6. 결 론

본문내용

8
4
?
?
1341244
1.341
b=0.0303m, h=0.002m, x=0.15m, 을 이용한다.
② 재료의 탄성계수
올려놓은 분동질량
하중(N)
변형률(스트레인)
탄성계수(N/㎡)
탄성계수(MPa)
1
80.8g
0.792
0.771
7628000.154
7.628
2
99.2g
0.972
0.976
7395309.203
7.395
3
103.5g
1.014
1.018
7396564.804
7.397
평균탄성계수(MPa)
7.473
- 철판 재질 시편
① 탄성계수를 구하기 위해서 알아야 할 것.
P값을 구하는 방법은 1kg × 9.8㎨ =1N이므로 이것을 이용하여서 구한다.
변형률은 μ 스트레인으로 나왔으므로 을 나누어 준다.
올려놓은 분동질량
하중(N)
변형률(μ 스트레인)
변형률(스트레인)
1
100g
0.98
202870.813
0.203
2
202.7g
1.986
418755.981
0.419
3
404.6g
3.965
993684.211
0.994
4
?
?
508325.359
0.508
b=0.0301m, h=0.0011m, x=0.15m의 값은 아크릴 재질 시편과 동일하다. 식을 이용하여 탄성계수를 구한다.
② 재료의 탄성계수
올려놓은 분동질량
하중(N)
변형률(스트레인)
탄성계수(N/㎡)
탄성계수(MPa)
1
100g
0.98
0.203
119294571.4
119.295
2
202.7g
1.986
0.419
117126688.5
117.127
3
404.6g
3.965
0.994
98570611.5
98.571
평균탄성계수(MPa)
111.664
4) 미지 분동의 중량을 측정
식을 변형하면 하중 이다. 모르는 하중 P를 구한 후 미지분동의 질량은 P / 9.8 이다.
미지분동 변형률
평균탄성계수
(N/㎡)
하중(N)
미지분동질량
(kg)
아크릴 재질시편
1.341
7473333.33
1.356
0.138
철판 재질시편
0.508
111664333.3
2.296
0.234
아크릴 재질시편에 가한 미지의 분동은 138g 이다.
철판 재질시편에 가한 미지의 분동은 234g이다.
5) 실험 결과 고찰
스트레인 게이지를 이용하여 두 종류 외팔보의 변형률을 측정하고, 사전에 알지 못한 질량의 분동의 질량을 구하고 재료의 탄성계수 식 유도와 굽힘 모멘트-응력 관계식 유도를 하는 실험이었다.
1. 스트레인 게이지의 작동원리를 이해하고 어떻게 변형률의 값을 측정하는지를 알 아본다.
2. 외팔보의 스트레인 게이지를 부착하여서 변형률의 수치 데이터 값을 얻는다.
3. 정적평형방정식(), 굽힘 모멘트-응력 관계식(), 응력-변형률 관계식 (σ = Eε)을 이용하여서 굽힘 모멘트의 탄성 계수 식을 유도한다.
4. 이미 알고 있는 각 데이터 값을 탄성계수 유도 식에 넣어 탄성계수를 구한다.
5. 마지막으로 미지의 분동에 대해서 우리가 구한 변형률 값을 이용하여 미지의 분 동의 질량을 역으로 추측해 본다.
위의 순서가 이번실험의 순서이고 이번 실험을 통해 우리가 얻으려는 실험값이다. 유도 식은 재료역학과 기타 기계실험 책을 통하여 구하였다. 탄성계수는 두 종류의 외팔보와 각각 하중에 따른 탄성계수를 구할 수 있고, 이것을 평균으로 나타내어서 평균 탄성계수의 값을 구하여 미지의 분동을 구할 때 사용하였다.
6. 결 론
스트레인 게이지를 이용하여서 외팔보의 변형률을 측정하는 실험이다. 스트레인 게이지는 전기적인 저항이다. 이것을 외팔보에 부착을 하고 외팔보 한쪽에 하중을 가한다면 외팔보가 변형하면서 스트레인 게이지 역시 변형을 하여서 저항 값이 바뀔 것이다. 하지만 이렇게 변화된 저항의 값을 우리들이 확인 하려면 간단한 회로도가 필요한데 여기서 사용된 회로는 Wheatstone bridge 회로이다. 이 회로는 대각선의 저항의 곱은 다른 대각선의 곱과 같다는 간단한 회로이다. 이것을 이용하여서 얼마만큼 저항 값이 변하는지를 알 수 있다. 하지만 이것을 우리들이 직접 눈으로 확인할 수는 없다. 저항의 값은 매우 작기 때문에 증폭기(Amplifier)를 이용하여서 값을 보정시켜 주고 또한 아날로그 신호를 우리들이 컴퓨터에서 쉽게 확인할 수 있도록 디지털 신호로 바꾸어 주는 Data Shuttle과 이것을 확인할 수 있는 PC가 필요하다. 이렇게 하면 실험은 쉽게 끝이 난다. 하지만 우리들이 최종적으로 구하려는 것은 외팔보에서의 평형방정식(), 굽힘 모멘트-응력 관계식(), 관성 모멘트(), 응력-변형률 관계식()을 이용하여서 재료의 고유 특성인 재료의 탄성계수를 구하는 것이다.
재료의 탄성계수 값은 분동 3개에 대한 3개의 값이 나오므로 이것을 평균으로 계산하면 다음과 같이 값이 나온다.
- 아크릴 재질시편의 평균탄성계수 : 7.473MPa
- 철판 재질시편의 평균탄성계수 : 111.664MPa
이를 바탕으로 마지막으로 구하려는 것은 이러한 탄성계수와 미지분동의 변형률을 이용하여 미지의 분동의 무게를 구하는 것이다.
평균 탄성계수를 이용하여 미지 분동의 질량을 계산 하면 다음과 같이 값이 나온다.
- 아크릴 재질시편에 작용한 미지분동의 질량 : 138g
- 철판 재질시편에 작용한 미지분동의 질량 : 234g
실험 시 각 시편에 분동을 올리고 다음 분동을 올릴 때 거의 직후에 해서 정확한 데이터 값이 나오기 힘들었다고 생각하고, 외팔보에 붙인 스트레인게이지가 잘 설치되었는지 확실치 않아 실험에 성공한 다른 조의 외팔보로 하였는데, 시편이 여러 번 반복 사용되어 변형이 일어나 더더욱 정확한 값이 나오기 힘들었다고 생각한다.
이번 실험을 통하여 물체에 따라 하중이 작용할 때 변형률이나 탄성계수 응력 등을 계산하는 방법을 연습 할 수 있었고. 실험 시 나타는 실험오차에 대해서 생각하게 되었고 계속적인 실험과 실험 결과에 대한 생각으로 오차를 줄여야 한다고 실험을 통하여 느끼게 되었다.
*참조
구글 검색
네이버 이미지, 지식인
재료강도 시험법, 김엄기 외, 두양사, 2006
기계공학 실험, 금오공과대학교기계공학계열 저, 문운당, 1998
수업자료
실험 결과보고서
실험 제목 : 스트레인 게이지에 의한 변형률 및 하중 측정실험
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교수님 :
학 과 :
조 원 :

키워드

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