구조실험 - 처짐 중첩의 원리

목차

1. 서론 및 실험목적 ․․․․․․․․․ 2

2. 이론적 배경 ․․․․․․․․․ 2

3. 실험기구 및 재료 ․․․․․․․․․ 4

4. 실 험 방 법 ․․․․․․․․․ 5

5. 실 험 결 과 ․․․․․․․․․ 6

6. 결론 및 고찰 ․․․․․․․․․ 10

본문내용

GPa
P1
P2
P1+P2
알루미늄
이론값(mm)
-0.251
-0.501
-0.752
⑶ 오차율(%)
P1=0.5N
오차율(%)
P2=1N
오차율(%)
P1+P2
오차율(%)
철
실험값
-0.07
16.6667
-0.12
28.1437
-0.23
8.3665
이론값
-0.084
-0.167
-0.251
알루미늄
실험값
-0.2
20.3188
-0.58
15.7685
-0.71
5.5851
이론값
-0.251
-0.501
-0.752
결론 및 고찰
6. 고찰
이번 실험은 구조역학(2) 수업시간에 배웠던 중첩에 관한 실험이었다. 구조물이 탄성변형 거동을 하게 되는 조건 하에 하중이 작용하였을 때 각 하중이 작용하는 처짐량과 각 하중을 동시에 재하 하였을 때의 처짐량이 같게 되는 중첩의 원리를 이해하고 확인하는데 이번 실험의 주요 목적이다. 실험 전에 미리 세운 가정은 강철 보의 실험과 알루미늄 보 실험 시에 중첩의 원리가 적용된다는 것이었다.
재료의 인장 시험을 하여 생긴 결과인 응력-변형률 그래프는 재료마다 각각 다른 모양을 가지고 있겠지만 보통 이 그래프는 일정구간의 탄성영역과 이 탄성영역보다 더 큰 힘이 작용하게 되면 소성변형으로 바뀌는 곡선을 갖는다. 하지만 재료의 특성에 따라 이 응력과 변형률이 선형을 이루는 선형탄성구간에서의 최대 힘은 각각 다르며, 철근같이 선형탄성 구간이 잘 나타나는 경우가 있는가하면 콘크리트같이 선형이 잘 나타나지 않는 재료도 있다. 우리가 만드는 모든 구조물은 이 탄성 영역 내에서 설계가 이루어지기 때문에 이러한 탄성 영역 구간 내에서의 하중으로 인하여 생긴 변위는 하중을 제거하면 원래의 모습으로 돌아가는 거동을 한다. 그래서 모든 구조물은 탄성체로 볼 수 있는 것이다.
p1,p2,p1+p2, 이렇게 세 가지 하중을 가하여 보의 중앙에서의 처짐량을 측정하고 이론값과 비교했다. 실험을 통해 우리 조는 0.5N, 1N 두 종류의 하중을 가하여 실험값과 이론값을 구하여 일치하는 가를 비교해보았다. 각각의 실험값은 대체로 중첩의 원리가 정용하는 형태를 나타냈다. 하지만 이론값과 실험값을 직접 비교하면 적지 않은 오차가 있음을 알 수 있다. 그리고 이론값이 실험값보다 큰 것을 알 수 있었으며 오차율이 좀 나더라도 이론값이 실험값보다 크다는 것은 안전하다는 측면이 있기 때문에 이렇게 계산된 이론 처짐 량으로도 설계를 하여도 구조물은 처짐에 저항 할 수 있다는 생각을 한다. 대체로 목적을 달성했던 실험이지만 오차율이 15%정도에서 격차가 크게 벌어져서 원인을 알아보았다. 낮은 온도의 영향으로 인하여 실험에 영향을 주어 처짐량이 이론값보다 더 적게 발생하여 오차를 발생하였을 것이라 생각된다. 이렇게 이번 실험은 저번 주 실험과 비슷하여 결과 같은 얻고 해석하는데 좀 더 간단했으며, 큰 오차율을 보이지 않아 잘 된 실험이라 생각된다. 그 이유는 보가 이미 휘어져 있는 것과 임의의 위치를 정해서 하중을 재하 할 때 그 정확한 위치에 하중을 재하하지 못하였기 때문이라 생각한다. 하지만 후자의 경우에는 미소한 차이라서 실험값에 큰 영향을 줄 수는 없다고 생각한다. 보가 휘어져 있는 경우는 재료가 선형 탄성 구간을 벗어난 경우이다. 그리고 알루미늄의 오차가 더 작게 나왔는데 이것은 우리조가 알던 사실과 달라서 약간 의아했다. 중첩의 원리가 증명된 점 자체는 실험을 통해 확인했으나 실험의 오차가 큰 것에는 아쉬움이 남는다.
7. 결론
중첩의 원리는 선형 탄성 구간 내에서와, 작은 변형 구조물에서 적용된다.
철 보에서 17%, 알루미늄에서 13%의 오차율을 가져 중첩의 원리가 성립된다.
이러한 오차율은 큰 편이지만 허용범위 안에 든다고 생각한다.

키워드

탄성변형,   중첩의 원리,   처짐 측정 장치