인장실험(기계적 성질 측정)

소개글

인장실험(기계적 성질 측정)에 대한 보고서 자료입니다.

목차

1. 실험 목적
2. 실험 종류
3. 실험의 기본 이론
4. 실험 장비 구성
5. 실험 방법
6. 실험 결과
7. 고찰

본문내용

672.0
2.392
19
38
0.0530
661.4
2.650
18.7
39
0.0587
654.3
2.934
18.5
40
0.0638
640.2
3.192
18.1
41
0.0689
633.1
3.447
17.9
42
0.0752
611.9
3.759
17.3
43
0.0802
590.6
4.010
16.7
44
0.0858
587.1
4.288
16.6
45
0.0909
565.9
4.545
16
실험3의 Stress - Strain 그래프를 보면 위의 두 실험과는 조금 다르게 Stress 값이 선형적으로 나타나지 않고 거의 수직으로 올라가는 것을 알 수 있다. 이상태서 실험1,2와 같은 방법으로 실험3의 평균적인 탄성계수 값을 구하면 439GPa 임을 알 수 있다. 실험과정을 보면 마지막 실험3의 시편은 Mild Steel인데 표1의 Mild Steel은 탄성계수 값이 69.7GPa로 측정값과 많이 차이난다. 이런 결과는 실험을 하는 과정에서 생기는 오차 때문에 생겼다고 할 수 있다.
- 실험장비
- 파단된 시편
이론값과 측정값을 비교, 대조해 보고 그 원인에 대해 설명하시오
　
실험1
실험2
실험3
탄성계수 오차(%)
3.27
15
20.84
최대인장강도 오차(%)
1.60
10.6
18
실험1에서 탄성계수 값은 68GPa 이고 표를 통하여 최대 인장강도를 보면 442MPa 인 것을 알 수 있다. 실험1의 재질은 Aluminium인데 탄성계수의 이론값은 70.3GPa이고 최대 인장강도 의 이론값은 379MPa 이다. 실험1의 측정값과 이론값을 보면 탄성계수의 오차는 비교적 적지만 최대인장 강도에서 오차가 많이 난다는 것을 알 수 있다.
실험2에서 탄성계수 값은 230GPa 이고 표에서 최대 인장강도를 찾으면 1085MPa 인 것을 알 수 있다. 실험2의 재질은 Carbon Steel이다. 이 재질의 이론값을 보면 탄성계수는 200GPa이고 최대 인장강도는 525MPa 이다. 측정값과 비교했을 때 최대 인장강도 값에서 거의 2배에 가까운 오차가 생겼다는 것을 알 수 있다.
마지막으로 실험3에서 탄성계수 값은 439GPa 이고 표를 통해 최대 인장강도를 찾으면 700MPa 인 것을 알 수 있다. 실험3의 재질은 Mild Steel 이고 이것의 이론값을 보면 탄성계수는 69.7이고 최대 인장강도 값은 250MPa이다. 실험3은 측정값과 이론값을 봤을 때 탄성계수 값과 최대인장강도 값 모두 많은 오차를 가지고 있다는 것을 알 수 있다.
실험1, 실험2, 실험3 모두 이론값과 측정값 사이에 많은 오차가 생겼다. 이러한 오차는 측정기의 영향이 가장 컸다. 실험을 하기 위해서 측정기를 3개의 나사로 시편에 고정을 하게 되는데 이때 측정기를 시편과 평행하게 고정시키는 것이 어려웠다. 3개의 나사로 고정하는 특성상 한쪽이 고정이 덜 되거나 위의 나사와 아래 나사의 균형이 맞지 않는 등 평행을 맞추기가 어려워서 실제 늘어난 길이보다 작게 측정되었을 것이다. 그리고 측정기를 최대한 고정해도 힘을 가해서 시편을 늘리는 동안에 나사가 약간씩 풀려 이론적인 Stress 보다 약간씩 많이 측정되게 되어 오차가 발생하였다. 또한 Stress를 기계가 아닌 사람의 힘으로 주다 보니 일정하게 힘을 주기 힘들었을 뿐만 아니라 레버가 끝까지 내려오면 다시 올려서 Stress를 줄 때마다 측정된 Stress가 약간씩 달라져서 오차가 발생하였다.
인장/압축력이 작용하는 실례를 찾고 그에 대한 이론과 실제 설계에 어떻게 적용되는지 설명하시오.
인장/압축력이 작용하는 실례로는 철근 콘크리트 구조물이 있다. 일반적인 철근 콘크리트 구조물에서 압축은 콘크리트가 담당을 하며 인장은 철근이 담당을 하게 된다. 따라서 가해지는 압축력과 인장력에 맞추어 적당한 콘크리트와 철근을 사용하여 구조물이 무너지지 않고 버틸 수 있게 해야 한다. 철근 콘크리트 구조물 중에서도 쉽게 볼 수 있는 것이 다리, 즉 보이다. 일반적인 보에서는 하부에서 인장력이 작용하고 상부에서 압축력을 받게 된다. 따라서 주로 하부에는 인장을 담당하는 철근을 사용하고 상부에는 압축을 담당하는 콘크리트를 이용하여 건설을 한다. 하지만 외팔보와 같이 특수한 경우는 상부에서 인장력이 작용하고 하부에서 압축력이 작용하기 때문에 일반적인 보와는 반대로 상부에 철근을 사용하고 하부에 콘크리트를 사용해서 건설을 한다. 또 다른 예로는 현수교를 들 수 있다. 일반적인 교량들은 철근과 콘크리트로 인장력과 압축력을 버티지만 현수교의 경우는 쇠로된 현을 이용하여 상판을 지지함으로써 현의 인장력을 이용하여 하부의 인장력과 상부의 압축력을 줄일 수 있다.
7. 고찰
위에서 말했듯이 이번 실험의 오차는 주로 실험기구의 영향으로 인해서 나타났다. 시편과 측정기의 평형이나 시편의 고정방식으로 인한 오차, 사람이 힘을 줌으로써 나타나는 일관되지 못한 Stress 등이 이번 실험의 주요 오차 원인이었다.
이러한 오차들을 줄이기 위해서는 먼저 시편과 측정기를 최대한 평행이 맞도록 연결을 해야 한다. 시편이 인장되는 동안에 변형된 길이를 구해야 하기 때문에 평행이 되도록 측정기를 연결해야 정확한 값을 얻을 수 있다. 따라서 평행이 맞는지 아닌지를 판단할 수 있는 다른 기계적인 방법을 이용한다면 보다 더 정확하게 Strain값을 측정할 수 있을 것이다. 다른 방법으로는 시편과 측정기사이에 있는 나사가 풀리지 않도록 최대한 힘을 가하여 조이는 것이다. 시편이 인장이 될 때 측정기가 같이 벌어지기 때문에 나사가 느슨하게 조여 있다면 제대로 된 측정값을 얻지 못할 것이다. 그리고 실험 장비의 고정 및 수정 또한 오차를 줄일 수 있는 방법이다. 약간의 충격이나 흔들림에도 측정기는 반응을 하게 된다. 그런데 이런 측정기가 실험장치의 플라스틱 부분에 닿아있을 뿐만 아니라 실험장치 또한 고정되어 있지 않아서 흔들림과 충격에 굉장히 무방비했다. 따라서 실험장치를 바닥에 확실히 고정하여 흔들림을 줄이도록 하고 측정기가 닿는 부분을 좀 더 크게 하여 측정기에 가해지는 영향을 최소한으로 한다면 좀 더 정확한 값을 얻을 수 있을 것이다.

키워드

인장,   인장실험,   시편,   항복점,   응용역학,   인장측정,   인장력,   압축력