[기계공학실험]충격시험

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[기계공학실험]충격시험에 대한 보고서 자료입니다.

목차

< 실험요약 >
1. 실 험 목 적 -------------------------------1
2. 실 험 결 과 의 개 요 ---------------------------- 1

< 서 론 >
1. 역사적배경 및 실험목적 ------------------------------- 3
2. 실 험 이 론 ------------------------------- 3

< 본 론 >
1. 실 험 장 치 ---------------------------------- 5
2. 실 험 방 법 ----------------------------------- 6
3. 실 험 시 유의 사항 ---------------------------------- 6

< 결 론 >
1. 실 험 결 과 ------------------------------ 7
2. 결 론 및 고 찰 ------------------------------------- 8
3. 참 고 문 헌 ----------------------------------- 9

본문내용

럼
의 날이 시험편의 노치 부분에 오도록 시험편을 바른 위치에 놓은 다음, 팬둘럼을 낙하시켜서 시험편을 파괴시키고 팬들럼이 각도 β만큼 올라가게 한다.
여기서 낙하높이는
h1=R(1- cosα)
상승높이는
h2=R(1- cosβ)
이때 파괴되는데 소모된 에너지 E(kgfm)는 다음과 같다. 단, 회전축의 공기저항에 의한
마찰은 무시한다.
여기서, E=Wh 1-Wh 2
Wh 1=WR(1- cos α)
Wh 2=WR(1-cos β)
따라서, 소모된 에너지E는
E=WR( cos β-cos α)이다.
샤피 충격치 U는 시험편을 절단하는데 필요한 에너지 E(㎏m)를 노치부의 원단면적(A,㎠)으
로 나눈 값으로 표시된다. 노치부의 단면적으로 나눈 것은 단지 충격치에 대한 규약이며,
단위면적당 흡수에너지의 개념은 갖지 않는다.
즉, 충격치 U는
충격치U [kg/m] = 파단에너지[kg/m]/단면적[㎡]
∴ U = W R ( cos β - cos α )/A ㎏fm/㎠ 이다.
시험편은 중앙파단부에 V 또는 U형상의 노치를 만들어 응력집중 효과를 나타내게 된다.
< 본 론 >
1. 실험장치
1.1 시험편 준비
1.1.1 준비물
Charpy 충격 시험기, 연강 시험편 3개(KS규격 10×10×55), 버니어캘리퍼스
1.2 Cahrpy 충격 시험기
① 팬둘럼 암 ② 고정레버 ③ 팬둘럼(pendulum) ④ 웜기어 손잡이 ⑤ 웜기어
⑥각도 지시판 ⑦ 브레이크 손잡이 ⑧ 앤빌 ⑨ 부속에너지 환산용 눈금
2. 실험방법
① 시험기 주위의 장애물을 치운다.
② 시험기의 각종 부품이 정확히 위치하고 안전한가를 확인한다.
③ 지침을 돌려서 setting한다.
④ 웜기어 손잡이를 돌려서 팬둘럼의 위치를 실험할 각도(30°,60°,90°,120°)에 위치시킨다.
⑤ 지침이 상승 각도를 나타내기 위하여 지침을 한바퀴(360도)돌려놓는다.
⑥ 고정레버를 눌러 팬둘럼을 낙하시킨다.
⑦만큼 상승하고 다시 낙하하는 팬둘럼은 브레이크를 작동시켜 정지시킨다.
⑧ 상승각도()를 측정한다.
3. 실험 시 주의사항
① 시험기의 팬둘럼은 큰 진폭을 가지고 움직이므로 안전한 위치에서 실험한다.
② 상승 각도의 측정은 반드시 팬둘럼을 정지 시키고 시행한다.
③ 시험 시 시험편이 충격을 흡수한 뒤 시험기에서 이탈되는 경우가 있으므로 시험편의 방향을 주의 관찰하여 수거한다.
< 결 론 >
1. 실험결과
1.1 실험데이터
팬둘럼 무게 : 20.13kgf , 팬둘럼의 중심까지의 거리 : 0.76m
시험편종류
소모된 에너지 ㎏fm (E)
흡수에너지
(㎏fm)
올림각
()
내림각
()
충격치
(U)
시험편 1
10.83
10.83
120
78
135375
시험편 2
10.44
10.44
120
79.5
208800
시험편 3
18.08
18.08
120
47
226000
1.2 용어정리
- 파괴인성(fracture toughness) : 취성이 큰 물질에서 외력이 가해졌을 때 결함의 급작스런 전파에 의해 파단이 일어나는데 이에 저항하는 능력
- 천이온도(transition temperature) : 1. 어떤 물질의 한 결정 상태에서 다른 결정 상태로 변화할 때 온도
2. 물질의 상이 변화할 때의 온도
3. 물질이 초전도체가 될 때의 온도
4. 자성의 변화와 같은 다른 변화가 일어나는 온도
- 인성(toughness) : 재료의 파괴에 대한 질긴 정도, 단순히 파괴에 요하는 응력이 클 뿐 아니라 파괴에 이르는 변형량이 크고 흡수 에너지가 큰 것이 인성이 강하다.
- 연성(ductility) : 응력이 탄성 한도를 초과하여도 물체가 파괴 되지 않고 소성 변성으로 인연되는 성질, 일반적으로 경도가 큰 물질은 연성이 작고 경도가 작은 물질은 연성이 크다.
- 취성(brittleness) : 물체에 가해진 응력이 그 물체의 탄성 한도를 초과하면 소성 변형이 없이 파괴되는 것.
1.3 Charpy 충격 시험에 영향을 주는 요인
Charpy 충격시험기의 조인트 부분의 마찰력
Charpy 충격시험기의 팬둘럼 낙하시 마찰이나 공기저항
시편의 노치부의 형상과 단면적
팬둘럼이 타격하는 시험편의 위치
2. 결론 및 고찰
2.1 실험 결과를 비교 분석하시오
해머가 시편에 충격을 가하는 순간 내림각 을 보면 2번,1번,3번순으로 많이 올라갔었다.
이를 통해 노치의 형태가 하중을 분산시키기 좋을수록(뾰족한 모양보다는 둥근 모양, 둥근 모양보다는 넓적한 사각형 모양) 하중이 분산되어 충격치가 증가함을 알 수 있다.
Charpy 충격 시험은 Cahrpy 충격 시험기의 해머의 위치에너지가 시편에 짧은 시간동안 충격을 가하면서 위치에너지가 모두 운동에너지로 전환된다는 가정 하에 진행 되었다. 그러나 이번실험에서 위치에너지가 모두 운동에너지로 전환되지는 못하였는데, 조인트 부분에서의 마찰력과 공기와의 마찰력 등이 이번 실험에 여러 가지 오차요인으로 작용하였기 때문이다. 시편의 정가운데 부분을 표시하는데 있어서 버니어캘리퍼스로 측정을 해서 펜으로 표시를 하기는 했지만 정확성이 떨어지고 펜의 두께만큼의 오차가 존재할 수 밖에 없었다. 그리고 시편고정 작업과 각도를 읽는 것을 모두 눈짐작으로 하기 때문에 오차가 발생하게 된다.
이와 같이 시험편의 노치의 생김새나 깊이, 폭, 등으로 인해 전단응력에 영향을 미쳐 이 시험에서의 가장 큰 오차가 발생하였다고 생각한다.
2.2 실험을 통해 알게 된 것과 궁금하게 된 것을 쓰시오
시편의 노치부분의 면적이 차이에 따라 충격흡수에너지와 충격치가 다르게 나타남을 확인하였고, 노치부의 면적이 같아도 노치부의 형태에 따라서 충격흡수에너지와 충격치가 달라지는 것을 알 수 있었다.
이번 충격시험을 통해 재료연성에 대해 어느 정도 알 수 있었다. 이번 보고서를 작성하면서 이런 충격시험이 어느 분야에 어떻게 많이 쓰이는지 알고 싶어 졌다.
실험장치가 많이 노후되어 각도를 정확히 측정하는데 많은 어려움이 있었다. 요즘엔 거의 전자장비를 이용해 측정을 하여 정확한 측정이 가능하다고 하는데 최근 장비들이 어떤 원리로 작동하는지 궁금해 졌다.
3. 참고문헌
공업재료가공학(제5판) 피어슨 에듀케이션 코리아 S. Kalpakjian(김낙수 외 공역)

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