고체 역학 비틀림 실험

목차

1. 실험 제목

2. 실험 개요

3. 실험 목적

4. 실험 도구 및 재료

5.비틀림 실험(Torsion-Test)정리 및 이론

6. 실험 순서

7. 실험 측정 결과

8. 토의

본문내용

하며, 비틀림 하중하의 탄성한도(비례한도), 항복점 및 탄성계수를 파악함은 중요하다.
(1) Torque:
(2) Polar moment of inertia :
(3) Shear modules of Elastic:
(4) Torsional - Stiffness :
6. 실험 순서
가. 재질 확인(Tape확인), 줄자로 길이를 구하고, 버니어 켈리퍼스로 직경 측정(shear
modules) 구하기.
나. 자곱축 끝을 맞춰서 고정, 고정 축에 시편을 꽉 고정.
다. 각도기를 갖고 cable tie 위치에 적당히 고정시켜주기
라. 바닥과 수평 되도록 레버를 고정.
마. 다시 한 번 90도의 위치 확인
바. 레버의 길이 측정
사. 추 늘려가면서/줄여가면서 비틀림 각 측정
아. 구해진 값과 공인된 값을 비교하여 오차를 비교하고 오차발생시 발생 원인에 대하여 분석한다.
7. 실험 측정 결과
가. 데이터 d ≒ 26cm(0.26m)
1) Brass :
직경(d): 8.15mm / 길이(L): 93cm(930mm)
추 무게(g)
근거리 측정 각(˚)
원거리 측정 각(˚)
T(kg*mm)
Ip(mm4)
G
Kt
0
0
0
0
433.142
x
x
100
1
1
26
55.83
26
200
2
1.5
52
55.83
26
300
3
1.5
78
55.83
26
400
4.5
2
104
49.62
23.11
500
5.5
2
130
50.75
23.64
600
6.5
2.5
156
51.53
24.00
700
7.5
3
182
52.10
24.27
600
7
2.5
156
47.85
22.29
500
6.5
2
130
42.94
20.06
400
5.5
2
104
40.60
18.91
300
4.5
1.5
78
37.22
17.33
200
3
1.5
52
37.22
17.33
100
2.5
1
26
22.33
10.04
0
1.5
0.5
0
0
0
2) Bakelite :
직경(d): 직경: 15mm / 길이(L): 90cm(900mm)
추 무게(g)
근거리 측정 각(˚)
원거리 측정 각(˚)
T(kg*mm)
Ip(mm2)
G
Kt
0
0
0
0
4970.09
x
x
100
1
1
26
4.710
26
200
2
2
52
4.710
26
300
3
4
78
3.53
19.50
400
4.5
5
104
3.77
20.80
500
5.5
6
130
3.92
21.67
600
6.5
7
156
4.04
22.29
700
7.5
8
182
4.12
22.75
600
7
7
156
4.04
22.29
500
6.5
6.5
130
3.62
20.00
400
5.5
5.5
104
3.42
28.91
300
4.5
4.8
78
2.94
16.25
200
3
3.7
52
2.54
14.54
100
2.5
2.7
26
1.74
9.63
0
1.5
1.5
0
0
0
나. 그래프
추 7개를 올렸을 때
7개를 올리고 내렸을 때
다. 결과 분석 및 오차 계산
1) 그래프 해석
(i) : 우선은 7개의 추를 올렸을 경우만의 그래프를 제시 했다. 그래프에서 나타나는 기울기는 Torsional-Stiffness(TS)를 나타내는 것으로 얼마나 견고하고 딱딱한지의 정도를 보여주는 수치가 될 수 있다. 일반적으로 Brass나 Bakelite 두 개의 시편 모두 추가 더해 질 때 마다 비례적으로 Torsional-Stiffness가 증가함을 볼 수 있다. 하지만 Brass의 기울기가 Bakelite의 기울기보다 가파른 것을 통해 우리는 Brass의 TS가 Bakelite의 TS보다 강하다고 해석이 가능하다. 즉 같은 비틀림 각을 만들기 위해서는 Brass가 Bakelite보다 힘들다는 말을 할 수 있다.
(ii) : Fig 2. 는 시편의 비틀림을 주기 위해 올렸던 추를 내리면서의 값을 포함해서 얻은 각도의 값을 측정해서 그린 그래프이다. 이 그래프를 통해서 얻고자 하는 data는 한번 비틀렸던 시편이 추를 내려 원래 상태의 환경을 만들어 줬을 때 완벽하게 복원 되지 않는 다는 것이다. 이것을 각 시편에 7개의 추가 올라가면서 각각에 yeild stress를 넘어 plastic 상태에 이르렀었다는 것을 짐작 할 수 있다.
Brass
G
Kt
실험 측정 값
46.12
25.05
공인 된 측정 값
오차
2) 오차
Bakelite
G
Kt
실험 측정 값
3.39
17.65
공인 된 측정 값
오차
8. 토의
가. 오차의 발생 원인
(i) 정확한 힘의 전달이 일어나지 않을 수 있다. 실제 올리는 추로 일어나는 비틀림이 전부 시편에 전달 되지 않아 공인 된 측정값과의 차이나 났다고 볼 수 있다.
(ii) 각도기의 각을 정확히 측정하지 못한데서 일어나는 오차가 있을 수 있다. 우선은 사람의 눈으로 측정해야 되는 가장 큰 단점이 있었고 측정 기구가 흔들림과 미세한 진동에도 쉽게 틀어져 각도가 실제 비틀림 보다 적거나 많게 측정 될 수 있다.
(iii) Torsion-Tester에 시편을 고정 시킬 시, 그 때 이미 비틀림 현상이 일어 날 수 있는데 그 부분에 대해서는 고려하지 않고 결과 값을 측정했기 때문에 그 부분에서도 오차가 발생 할 수 있다.
(iv) 사람의 힘으로 추를 올리고 내리기 때문에, 추를 올리고 내림에 있어 의도치 않은 힘이 가해지는 경우 시편의 비틀림 각이 변 할 수 있으며 이것은 오차의 원인이 될 수 있다.
나. 고찰
- 주어진 결과 값이 정확하지는 않았지만, 그로 인해서 얻어진 그래프를 통해서 몇 가 지 해석은 가능 했다. 위에 그래프 해석 부분에도 설명했지만 Fig 2. 는 시편의 비틀림을 주기 위해 올렸던 추를 내리면서의 값을 포함해서 얻은 각도의 값을 측정해서 그린 그래프이다. 이 그래프를 통해서 얻고자 하는 data는 한번 비틀렸던 시편이 추를 내려 원래 상태의 환경을 만들어 줬을 때 완벽하게 복원 되지 않는 다는 것이다. 이것을 각 시편에 7개의 추가 올라가면서 각각에 yeild stress를 넘어 plastic 상태에 이르렀었다는 것을 짐작 할 수 있다.
<고체 역학 실험 보고서 II>
비틀림 실험
(Tortion - Test)

키워드

비틀림 실험,   고체 역학,   기계공학