[실험] 04.인장시험

소개글

[실험] 04.인장시험에 대한 보고서 자료입니다.

목차

*실험 목적

1.응력
2. 변형률
3. 진응력
4. 공칭 응력
5. 진변형률
6. 공칭 변형률
7. 탄성 변형
8. 소성 변형
9. 변형 경화
10. 탄성 계수
11. 연성 재료
12. 취성 재료

*결과 및 고찰

본문내용

제거하면, OA의 영구변형이 남지만 소멸한 변형 AB은 탄성 변형이다.
8. 소성 변형
고체재료의 가소성(可塑性)을 이용해서 누르거나 두들겨서 모양을 바꾸는 일. 영구변형과 같은 의미이다.
탄성을 가진 물체는 힘을 가하면 형상이 바뀌었다가 힘을 제거하면 원래 상태로 돌아간다. 하지만 금속 등의 많은 고체재료는 탄성한계가 작아 강한 힘을 주면 돌아오지 않는 영구변형이 일어난다. 이렇게 힘을 주어 모양을 바꿀 수 있는 성질을 가소성(可塑性)이라고 하고 이러한 영구변형을 소성변형이라고도 한다.
소성변형시키는 방법은 목적하는 모양에 따라 여러 가지가 있는데 판을 만들려면 압연, 막대·관을 만들려면 압출·인발·압연, 선을 만들려면 인발·신선(伸線) 등의 공정을 사용한다. 또, 복잡한 외형으로 만들기 위해서는 단조·프레스 등의 공정을 사용한다.
9. 변형 경화 금속 재료에 변형을 가하면 경도(硬度), 인장 강도(引張强度) 등이 증대하는 현상으로서, 변형 시효(變形時效)라고도 부른다.
10. 탄성 계수
비례 한도(탄성 한도) 안에서는 응력과 변형은 정비례하고 [훅(hook) 법칙], 그 때의 비례 정수를 말한다.
[세로 탄성 계수] 수직 응력에 대한 탄성 계수
수직응력 : 세로 변형률 : 세로 탄성 계수 : E
[가로 탄성 계수] 전단응력에 대한 탄성 계수
전단응력 : τ가로변형률 :
가로탄성계수 : G
[양탄성 계수와 푸아송(poisson)의 비()와의 관계]
11. 연성 재료
파단이 일어나기까지 큰 변형률에 견디는 재료를 연성재료라 부른다.
연성재료의 장점은 하중이 아주 클 때 눈에 현저하게 보이는 재료의 변화가 일어나기 때문에 실제 파단이 일어나기 직전에 예방조치가 가능하다. 연성재료는 연강, 알루미늄, 구리 및 그합금 등이며 취성재료는 콘크리트, 주철, 세라믹 재료 등이다.
12. 취성 재료
비교적 작은 변형률 값에서 파단을 일으키는 재료를 취성재료라 한다.
파괴에 이르기까지의 소성 변형량이 적은 재료를 말하며, 이러한 재료에서는 파괴까지에 흡수되는 에너지가 적고 또한 물체 중에 축적된 탄성 비틀림 에너지가 균열 전파에 소비되게 되므로 발생한 균열이 일순간에 광범위하게 전파하는 것이 특징이다.
*공칭응력-공칭변형률 선도, 진응력- 진변형률 선도
주어진 데이터파일에서 1열에 해당하는 값이 하중(kN) 2열에 해당하는 값이 변위(mm) 이므로, 수식을 추가하여 x축->로 x축의 데이터값들을 공칭변형률 값으로 변환한다. 또한 y축도 마찬가지로 로 y축 데이터값들을 공칭응력 값으로 변환한다.
◎Mild steel 시편의 공칭응력- 공칭변형률 선도, 진응력-진변형률 선도
시편의 폭: 12.5mm 시편의 두께: 2mm 표점거리: 50mm 변형속도: 5mm/min
항복점
Mild steel 시편은 항복점이 불확실한 재료이기 때문에 0.2%의 영구변형률을 가지는 점(옵셋 항복강도)을 항복점 대신으로 간주한다. 따라서 응력과 변형률이 비례하는 구간의 기울기를 설정해 x축으로 0.002만큼 이동 하여 공칭응력-공칭변형률 선도와 만나는 지점을 항복점으로 한다. 이와같이 하면, 항복점은 약 350MPa로 잡을수 있다.
Mild steel의 진응력-진변형률 선도에서 항복점은 약 350MPa로 공칭응력-공칭변형률 선도와 비슷하게 나옴을 알수 있다.
◎스테인리스 시편의 공칭응력- 공칭변형률 선도, 진응력-진변형률 선도
시편의 폭: 12.5mm 시편의 두께: 1mm 표점거리: 50mm 변형속도: 5mm/min
항복점
스테인리스의 공칭응력-변형률 선도로부터, 항복점이 거의 발생하지 않는 재료라는 것을 알 수 있다. 따라서 스테인리스강 또한 옵셋 항복 강도를 적용하여, 항복점을 확인한 결과, 약 575MPa 라고 간주할 수 있다.
항복점
스테인리스의 진응력-진변형률 선도에서 항복점은 약 580MPa로 공칭응력-공칭변형률 선도와 비슷하게 나옴을 알수 있다.
*결과 및 고찰
->기계재료와 고체역학 수업시간에 책에서만 배워오던 응력-변형률 선도를 여러 시편을 통해 직접 인장시켜 파단되는것까지 확인할 수 있어서 응력-변형률 선도에 대한 이해도를 더 높일 수 있는 실험이라 느낀다. 시편이 인장되는동안 사실 인장되는 정도가 연성이 아주 좋은 재료를 제외하곤 그리 인장도가 높지 않기 때문에 육안으로 시편이 쭉 늘어나는 등의 모습은 관찰하기 힘들었다. 하지만 파단이 일어난후 그 부분을 자세히 관찰한 결과 파단부에서 약간의 인장이 일어나있는 것을 확인 할 수 있었다. 데이터에는 하중, 변위만 기록되어있기 때문에, 이를 응력 변형률 값으로 변형시키는 식을 유도해야할 필요가 있었다. 고체역학시간에 배운 식을 통해 이를 도출해내는데에 크게 어려움은 없었다. 다만 주의해야할것은 단위를 MPa로 정확하게 나타내지 않으면 선도의 y축값이 의도하지 않은 값이 나타난다는 것이다. 데이터를 통해 그린 그래프는 역시나 책에서 배운것과 똑같이 그려졌다. 책에 표시되어있는 항복점, 인장강도, 파단지점을 실험을 통해 직접그린 그래프로 확인하며 어느 지점인지 확인해보며, 보고서를 작성하니 앞서 말했듯이 시편의 탄성적성질, 소성변형, 가공경화등의 특징을 더욱 면밀히 알수 있게 되었다. Mild steel 시편은 그래프를 그려본 결과 그래프 초기구간에서 부드럽게 선도가 이어진데 반해, 스테인리스는 응력의 증가정도가 초기구간에서 약간 정체되는 구간이 생겼다는 것을 확인 할 수 있었다. 그래프를 확인하며 이것이 상,하항복점을 나타내는 것인가 하고 생각하였지만 상,하항복점을 나타내기엔 그 구간의 선도가 조금씩이지만, 지속적인 응력의 증가로 나타나는 현상으로 미루어볼 때 상,하항복점이라 단정짓기엔 다소 무리가 있다고 판단되었다. 따라서 스테인리스는 상,하항복점이 없는 시편이라고 사료되어진다.
이번 실험을 통해 다소 아쉬웠던 점은, 좀 더 다른성질을 가진 여러 시편으로 실험하지 못했다는 점이다. 하지만 두 개의 시편으로 실험을 한 것만으로도 충분히 응력-변형률 선도에 대한 이해도를 높일 수 있었고, 백문이불여일견이라는 말같이 그림을 여러번 보는 것보다 실제 눈으로 확인하니 더욱 확실히 머리 속에 새길수 있었고, 유익한 실험이라 생각된다.

키워드

인장시험,   재료의 인장력,   탄성 계수,   진응력,   탄성 변형,   변형 경화,   인장력