straingauge2

목차

Ⅰ. 서 론 ---------------------------------------------------1~3

ⅰ. 시험목적 -----------------------------------------------------------1

ⅱ. 시험이론 -------------------------------------------------------1 ~ 3

Ⅱ. 본 론 ---------------------------------------------------3~4

ⅰ. 시험장치 ------------------------------------------------------------3

ⅱ. 시험방법 ----------------------------------------------------------3~4

Ⅲ. 결 론 --------------------------------------------------4~12

ⅰ. 시험결과 ---------------------------------------------------------4~10

ⅱ. 고 찰 --------------------------------------------------------10~11

ⅲ. 참고문헌 --------------------------------------------------------11~12

표, 그래프, 그림 및 사진

그림 1 응력분포도

그림 2 평판에 구멍이 있는 응력집중계수

그림 3 응력 분포도

그림 4 측정 시편

그림 5 Rectangular rosette gauge

그림 6 Mohr\'s circle

그림 7 취성재료의 응력-변형률곡선

그림 8 연성재료의 응력-변형률곡선

표 1 원의 반지름이 4mm인 시험편의 strain, load 실험값

표 2 원의 반지름이 5mm인 시험편의 strain, load 실험값

표 3 인장 응력

표 4 응력 집중 계수

본문내용

io
1)r= 4mm일 때
v==0.2576
2)r= 5mm일 때
v==0.1367
-Young's Modulus
하중 P가 축 방향으로 작용하고 있으므로
1) r=4mm인 시험편의 Young's Modulus
= 131.99 GPa
2) r=5mm인 시험편의 Young's Modulus
= 177.05 GPa
-주응력()과 Mohr's circle
1) r= 4mm 인 시험편
를 구하기 위하여 아래의 식을 사용한다.
위의 측정값과 를 대입하여 풀면 다음과 같다.
= 131.99 GPa - = -54.115MPa
= 131.99 GPa 368 = 48.572 MPa
= 131.99 GPa 3224 = 425.535 MPa
위 식을 이용하여 값을 구하면 아래와 같다.
425.849 MPa , -431.392 MPa, 428.621 MPa , -41.56
2) r= 5mm 인 시험편
를 구하기 위하여 아래의 식을 사용한다.
위의 측정값과 를 대입하여 풀면 다음과 같다.
= 131.99 GPa - = -21.514MPa
= 131.99 GPa 116 = 15.310 MPa
= 131.99 GPa 2431 = 320.867 MPa
위 식을 이용하여 값을 구하면 아래와 같다.
318.292 MPa , -324.496 MPa, 321.394 MPa , -43.357
각각에 대한 Mohr's circle은 다음과 같다.
5. 연성 재료와 취성 재료의 집중 효과
1)연성 재료
연성재료의 인장파괴는 파괴가 일어나기 전에 어느 정도 네킹 현상을 수발한다. 연성파괴의 단계는 첫째, necking 현상이 시작된 후에 조그만 동공과 미세 기공이 단면 내부 에 형성된다. 그 후 변형이 계속됨에 따라 미세 기공들도 성장을 계속하게 된다. 성장한 미세 기공들은 서로 연결되어 하나의 타원형 균열을 형성하게 된다. 타원형 균열의 장 축은 응력 방향에 수직이다. 이러한 균열들은 미세 기공들과의 연결 과정을 통하여 균열의 장축 방향으로 점차적으로 진행된다. 그 후 necking 부분의 바깥 주위를 따라 매우 빠른 균열전파가 일어남으로써 마침내 파괴가 일어나게 된다. 종파단은 전단변형에 의해 전단응력이 최대가 되는 인장축과 의 각도로 일어난다. 파괴된 한쪽은 컵 같은 모양이고, 다른 쪽은 볼록한 원뿔의 모양이므로, 이와 같은 파괴 형상을 가리켜 컵-원뿔 파괴라고 한다.
2)취성 재료
취성재료 내에는 많은 미세한 균열이 존재하고, 이 균열에 의한 응력집중 때문에 이론 응력집중 보다 훨씬 작은 응력을 가하여도 균열첨단에서 이론응집력에 도달하게 되어 파괴가 일어난다는 이론이다. 취성파괴는 균열이 확장되어야만 일어날 수 있으므로 이 때 균열면의 표면적이 증가하게 된다. 따라서 균열이 확장 전파되면 전체 표면에너지는 증가하게 된다. 반면에 균열이 전파되면 탄성 변형에너지의 감소가 일어나므로 Griffith는 균열의 전파에 대하여 다음과 같은 기준을 설정하였다. 즉, 균열이 전파하려면 균열의 전파로 인한 탄성변형에너지의 감소가 적어도 새로운 균열면을 만드는데 필요한 에너지와 같아야 한다는 것이다. 이 이론은 이용하면 균열을 취성파괴로 발전시키는데 필요한 인장력의 크기를 계산할 수 있다.
ⅱ. 고 찰
이번 실험은 strain gauge를 이용하여 변형률을 측정하고 이 data를 가지고 분석하는 실험이다. 이번 실험에서 실험편 구멍에 가깝게 위치한 곳의 변형률 값보다는 구멍에서 먼 쪽에 위치한 곳의 변형률 값이 더 작게 나타났다. 이러한 이유는 구멍이 위치한 가운데에 응력집중이 일어나 구멍에 가까운 곳에 변형률이 크게 일어났다고 볼 수 있다. 또한 이론적으로 건물의 작은 균열 또는 틈 등에서 응력집중이 생겨 쉽게 파손, 망가진다는 것을 알게되었다. 응력은 물체의 형상에 따라 분포되는 경향이 달라진다. 하중을 받는 부재의 응력 분포는 부재의 크기와 사용된 재료에는 상관이 없고, 단지 기하학적 파라미터의 비에만 관련된다는 것을 재료역학1시간에 배웠다. 즉 원형 구멍의 경우에는 r/d의 비율에, 필릿의 경우에는 r/d와 D/d의 비율에 의해서만 결정된다. 우리는 응력집중계수의 그래프를 가지고 있고 이로 인해 이론값을 예측할 수 있다. 그러나 응력 집중계수 그래프를 보면 (Beer SI 고체역학 p108참조) 구멍이 있는 평판과 필릿이 있는 평판에 대한 data값들만 나와있다. 우리가 실험하는 시험편은 구멍이 있는 필릿 평판이기 때문에 그에 대한 응력집중계수를 정확히 예측하기는 어려웠다. 이 점이 이론값의 오차가 될 수 있는 원인이기도 하다. 일단 구멍이 있는 평판에 하중을 주는 상황이라고 가정을 하였다.
실험값을 보면 strain gauge1과 2모두 인장되었음을 알 수 있다. rosette gauge에서는 하중 방향으로는 늘어나고 가로축 방향에서는 줄어드는 변형량을 얻을 수 있었다. 응력집중계수에서 실험값과 이론값의 차이가 나는 것을 볼 수 있었다. 오차의 원인은 strain gauge 2를 붙일 때 gauge를 하중방향으로 똑바로 붙이지 못하였다. 시험편에 하중을 주면 변형률이 생기는데 하중을 제거하게 되면 재료의 탄성 복원에 의하여 재료는 어느정도 원형으로 돌아가게 된다. 그 때 변형량이 다시 줄어들면서 실험값이 적게 나왔을 수도 있다. rosette gauge의 값들을 이용하여 poisson‘s Ratio, Young's Modulus, 주응력, 그리고 Mohr's circle을 그려보았다. Mohr's circle을 그려봄으로써 응력과 전단응력의 관계에 대해 가시적으로 확인 할 수 있었다. 연성재료와 취성재료의 차이점을 알 수 있었다. 예를들어 연성재료는 구리, 납 같은 잘 늘어나는(necking의 범위가 넓은)재료를 말하고 취성재료는 잘 깨지는 유리, 세라믹, 등이 있다. 기계에는 적합한 재료의 부품을 써야한다는 것을 알고 있다. 볼트 같은 것들은 힘이나 토크가 많이 가해지기 때문에 취성재료를 쓴다면 쉽게깨지고 말 것이다. 재료선택의 중요성도 상기시켜주는 실험이었다.
7. 참고 문헌
-Beer SI 고체역학, 인터비전, 권영하 외
-Gere 재료역학 6th Edition, James M. Gere, 인터비젼

키워드

strain gauge 실험