알루미늄 인장실험 - Instron 5582를 이용하여 알루미늄 시편의 변형률을 측정하고, 그 결과로 얻은 그래프를 분석하고 이해한다.

목차

알루미늄 인장실험

1.실험 개요

2.실험 목적

3.실험 장비

4.실험 이론 및 방법
　①관련용어정의
　②strain guage의 원리
　③strain-stress 그래프(응력-변형률 선도)
　④실험방법

5.실험 결과 및 분석

6.검 토

본문내용

ffset은 보통 0.2%로써 정해져 있다. 다시 말해 offset line과 0-stress axis의 교차점이 0.2%변형률이라는 말이다. 플라스틱의 offset은 일반적으로 2%이다.
3)Rupture(파단) : 물체가 더 이상 하중을 견디지 못하고 부숴지는 곳을 의미한다.
4)Strain hardening region(표면경화구간) : 플라스틱 지역에서 진정한 스트레스가 금속이 항복 이후의 긴장되면 지속적으로 즉 증가, 점점 더 많은 스트레스는 추가적인 소성 변형을 생산하는 데 필요하며 금속보다 강하고 변형이 더 어려워진다. 이것은 금속이 변형 증가할수록 더 강해진다는 것을 의미한다. 이 때를 스트레인 경화라고 한다.
5)Necking region(넥킹 구간) : 외력을 더 이상 증가시키지 않는다고 해도 변형이 일어나서 변형률이 증가하는 구간을 의미한다.
A)Apparent stress (F/A0) B)Actual stress (F/A)
ㆍ연성(ductile) 재료 : 지점 2에 그림에서와 같이 대부분의 자료는 선형 응력 - 변형 관계에 의해 정의된 선형 탄성 행위를 표시는 하중 제거 시 완벽하게 복구할 수 있다. 그것에 탄성로드 표본이다. 장력이 길어지다 것이며, 하역했을 때 원래의 모양과 크기로 복원된다. 이 선형 영역 너머에 대해 연성 등 철강 등 소재, 변형은 플라스틱 등의 변형 시료는 원래 크기와 모양으로 반환되지 않는다. 변형의 일부의 탄성 회복이 있을 것이다. 많은 응용 프로그램의 경우 소성 변형은 용납할 수 있으며, 설계 제한으로 사용된다. 항복점 후 연성 금속 스트레스가 증가 변형율로 다시 증가하고, 그들이 시작하는 변형 경화의 기간을 받게 될 것이다.
ㆍ취성(brittle) 재료 : 인장시 비교적 적은 변형률 값에서 파단되는 재료를 취성재료로 분류한다. 콘크리트, 돌, 주철, 유리, 세라믹재료 및 많은 금속합금등이 이에 속한다. 이러한 재료들은 비례한도를 지나서 조금밖에 더 안 늘어나고 파단되며, 파단응력은 극한응력과 같다.
④실험방법
1. 표준규격에 의해 시편을 만들고 두께. 폭, 길이를 측정한다.
2. 시험기와 기타 장비들을 미리 점검해둔다.
3. 스트레인 게이지를 부착한다.
4. 시편을 그립에 고정한 뒤 시편의 규격을 입력한다.
5. 실험을 시작한 뒤 절단부위 확인이 되면 측정값을 프린트 한다.
5.실험 결과 및 분석
위의 그래프에 상항복점, 하항복점, 탄성구간, 극한강도, 네킹구간, 파단점을 표시하면 다음과 같다.
ㆍelongation(연신율)
위에서 정의한 식을 보면 다음과 같다.
원래 길이 =125mm, 늘어난 길이 즉 =9.965579 이므로
연신율은 7.972%가 된다.
ㆍyoung's modulus
young's modulus는 위의 그래프에 나타낸 것처럼 대략 Y=6824X +0.927 으로 볼 수 있으며, 크기는 기울기 값인 6824MPa, 즉, 6.824GPa 로 추정할 수 있다.
ㆍPoisson's ratio(프아송의 비)
Poisson's ratio, 프아송 비의 식은 다음과 같다.
프아송비는 탄성 영역일 때 변형률을 가지므로 young's modulus를 구할 때 이용한
축방향 변형 0.001부터 0.003 사이의 데이터 값을 이용하여 구해 본다. 데이터는 다음과 같으며 구간에서의 평균을 이용하여 프아송 비를 구해보면 0.268332 값을 구할 수 있다.
ㆍ항복강도와 항복점
항복강도는 탄성구간의 가장 큰 힘으로써 파단이 일어나기 직전의 힘을 말하며 그 점을 항복점이라고 한다. 따라서 그래프를 보면 항봉강도는 175MPa 로 추정할 수 있다.
알루미늄 5052 시편과의 결과 값 비교
극한강도
(Mpa)
E modulus
(Gpa)
연신율
(%)
포아송비
항복강도
(Mpa)
항복점
알루미늄
(5052)
230
70
ㆍ
0.33
195
ㆍ
실험값
220
6.824
7.972
0.268
175
ㆍ오차율
1)극한강도 : %
2)E modulus : %
3)포아송비 : %
4)항복강도 : %
ㆍ오차원인 분석
다른 값들에 비해 E modulus의 오차율이 가장 크게 나타난다. 우리가 얻은 결과값으로부터 구한 그래프에서도 그래프가 매끄럽지 못하고 튀는 구간이 여러 군데 보인다. 오차가 발생하였다는 것을 알 수 있다.
오차 발생이유
1. 이론값으로 주어진 알루미늄5052와 우리가 사용한 알루미늄이 다를 수 있다.
2. 시편을 instron 5582에 장착할 때 위, 아래 같은 길이를 남겨두고 장착해야 하 며 고정을 시킬 때 미세하게 움직였을 수 있다.
3. 알루미늄 시편 특성상 어디에서 끊어지는지 정확히 알 수 없기 때문에 끊어지는 부위에 따라 결과값이 달라질 수 있다.
6.검 토
이번 실험은 2학년 때 배운 고체역학 내용을 복습하는 실험 이었던 것 같다. 직접 실험을 하진 않았지만 가까이서 실험 내용과 방법을 지켜 봄으로써 이번 실험을 할 수 있었다. 인장실험에서 사용되는 용어와 정의들은 고체역학에서 배웠던 것 들이다. 또한 교수님의 설명으로만 듣던 Stress와 Strain을 실험을 통해 데이터 값을 이용하여 직접 구해보았다. 또 Stress와 Strain의 관계를 그래프로 나타내는 Stress -Strain 그래프를 직접 구해보고 각각 구간의 용어들(항복점, 인장강도, 변형률, Young's modulus, Poisson's ratio, 연신율)과 의미 그리고 값을 구해 봄으로써 실험을 마무리 할 수 있었다. 다른 실험들에 비해 이번 실험에서 Young's modulus의 오차율이 크게 나왔는데 오차 발생을 줄이기 위해서는 아주 정교하게 만들어진 시편을 가지고 실험을 해야 하며, 규격에 맞게 간격을 띄어 좋아서 위, 아래 양이 같은 양으로 물리게 실험준비를 해야 할 것이다. 또한 정확한 실험을 위해서는 소음과 진동이 없는 진공상태에서 실험을 해야 오차가 줄어 들것이라고 생각한다.
이번 실험을 통해 고체역학 시간에 배웠던 내용들을 복습 할 수 있어서 좋았으며 앞으로 건물설계나 비행기, 자동차등을 설계할 때 고려하는 물성치들의 의미 정리와 기초 실험을 해봄으로써, 나중에도 유용하게 쓰일 것 같아 좋은 실험 이었던 것 같다.

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