[일반물리실험] 충격 실험

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[일반물리실험] 충격 실험에 대한 보고서 자료입니다.

목차

Ⅰ. 서 론 ----------------------------------------------------- 2

ⅰ. 실험요약 ---------------------------------------------------------- 2
ⅱ. 충격실험의 정의 --------------------------------------------------- 2
ⅲ. 충격실험의 종류 --------------------------------------------------- 2
ⅳ. 실험목적 ---------------------------------------------------------- 2
ⅴ. 실험이론 ---------------------------------------------------------- 3

Ⅱ. 본 론 ----------------------------------------------------- 5

ⅰ. 실험장치 ----------------------------------------------------------- 5
ⅱ. 실험방법 ----------------------------------------------------------- 7
ⅲ. 실험 시 유의사항 --------------------------------------------------- 7

Ⅲ. 결 론 ----------------------------------------------------- 9

ⅰ. 실험결과 및 정리 --------------------------------------------------- 9 ⅱ. 결론 및 고찰 ------------------------------------------------------ 11

본문내용

S 89.5° - COS 90° )
= 0.16624 kgm
U = E/A = 0.16624 / 0.8
= 0.2078 kgm/cm2
< 사진-2 해머의 인상각 > < 사진-3 파단 후 해머의 상승각 >
< 사진-4 파단전 시험편 > < 사진-5 파단 후 시험편 >
< 사진-6 시헌편 실험 전·후 형상과 파단면 >
③ 용어정리
- 파괴인성(Fracture toughness)
일반적으로 파괴는 작용응력이 임계값를 초과할 때 일어난다.
( E =탄성계수, =비표면 에너지, a=내부균열 길이의 1/2 )
이와 같이 균열첨단 주위의 응력은 응력확대계수로 정의될 수 있으므로, 파괴는 주어 진 응력확대계수의 임계값을 초과하면 일어난다고 볼 수 있다. 이러한 임계값을 파괴 인성(Fracture toughness) 라고 한다.
- 천이온도(Transistion temperature)
어떤 재료에 대해 여러 온도에서 충격시험을 하였을 때 흡수 에너지가 급격히 저하 (또는 상승)하든가 파면의 겉모양이 연성에서 취성(또는 취성에서 연성)으로 변화 하 는 등 현상에 대응하는 온도. 일반적으로 성질이 급변하는 온도를 천이온도라고 말한 다.
- 인성(Toughness)
점성이 강하고 충격에 잘 견디는 성질. 재료에 힘을 가하면 처음에는 탄성적으로 변 형되고, 그 뒤에 소성화(塑性化 :외력을 제거해도 원래의 상태로 돌아가지 않는 성질) 되어 마침내는 파괴된다. 이 사이에 소비된 에너지가 클수록 인성이 크다고 한다. 인 성은 세기와 소성변형도(延性, ductility)의 곱으로 표시된다. 인성이 큰 재료로 만들 어진 구조물은 파괴하기 어렵다. 일반적으로 강한 재료는 연성이 낮다.
- 연성(Ductility)
재료가 파괴될 때까지 변형될 수 있는 소성변형량. 여러 재료를 비교하기 위해서는 변형 방법이나 시험편을 엄밀하게 정의할 필요가 있다. 인장·휨·비틀림 등 재료마다 각각 다른 시험법이 있다. 유리·목재·암석 등 경도가 큰 물질은 일반적으로 연성이 작 지만, 금속은 가는 선으로 늘이기 쉽다. 금속의 연성은 원자가 자유전자로 결합되어 방향성이 없고 결정이 빽빽이 채워진 구조이므로 층밀리기가 쉽게 일어난다. 금속의 둥근 막대를 잡아당기면 처음에는 탄성적으로 늘어나지만, 소성변형에 들어가면 처음 에는 균일하게 늘어나다가 어떤 한계를 넘으면 국부적으로 수축하기 시작하여 최종적 으로 그 곳에서 끊어진다. 연성의 크기는 가공소재로서 소성가공 할 수 있는 능력을 나타내는 외에, 취성파괴(脆性破壞) 여부를 판정하는 기준이 되므로 구조물 설계상에 도 중요한 인자가 된다.
- 취성(brittleness)
연성과는 반대로 파괴가 일어나기 전에 거의 소성변형을 수반하지 않는 재료를 취성 이라고 한다.
④ Charpy 충격 시험에 영향을 주는 요인
- 노치에 의한 영향 - 파인 노치의 각도, 깊이, 넓이, 모양
위의 그림-7 에서 알 수 있듯이 충격실험에서 노치(notch)는 크게 3가지로 쓰이는데, 그 노
치의 모양에 따라 그래프-1처럼 충격값에 영향을 받게 된다. U노치보다는 V노치가 더 많은
충격을 흡수하는데, 그 이유는 완만한 필렛의 경우(U) 끝 부분이 뾰족한(V) 모양보다 응력 집
중이 잘 일어나지 않으므로 충격량을 흡수하지 못하는 것이다.(2mmU-2mmV비교) 당연히 깊
게 판 노치는 더 잘 충격을 흡수하여 쉽게 부러지게 되는 것이다.(2mmU-5mmU비교)
- 시험편의 재질 및 크기 및 가공방법
시편의 폭이 클수록 충격의 가하여 부수기 위해 더 많은 힘이 필요하다.(그래프-2 참조). 큰
폭을 부수기 위해서는 당연히 큰 충격에너지가 필요하다. 그래프-3을 보면 알 수 있듯이 시편
의 가공을 통하여서도 차이가 남을 알 수 있다. 절삭가공의 경우 더 큰 충격에너지를 견디게 된
다. 절삭가공을 할 동안 그 부분이 strain-hardening이 일어남으로 프레스 가공보다 단단해졌
기 때문이라 하겠다.
- 탄소의 함유량과 함유 원소
탄소강에 따른 흡수에너지를 나타내었다(그래프-4) 탄소함유가 많이 될수록 흡수에너지는 감
소가 된다. 또한 온도와의 관계도 나타내고 있는데, 온도가 증가할수록 흡수에너지가 커지는데
그 이유는 온도가 높을수록 조직이 부드러워짐으로 흡수를 잘 하게 되는 것이다. 그래프-5 의
graph는 저온취성이 미치는 영향을 나타낸 것인데, 각 원소의 함유량에 따라 나타낸 값이다. 충
격에너지에 흡수를 위해서는 알맞은 원소를 잘 함유한 금속이 있어야 효율적으로 충격을 견딘 다고 하겠다.
- 온도
위의 그래프-6 통하여 알 수 있듯이 온도는 충격에너지에 영향을 많이 미친다. 온도가 높
을수록 충격 에너지 흡수량은 커진다. 그리고 Ni 함유량에 따라서도 다른 모형의 graph가 그려
진다.
ⅱ. 결론 및 고찰
① 결과 분석 및 고찰
- Charpy 충격 시험에서 다양한 요인들을 이용해 여러번 시험하지 않고, 1번의 실험을
진행하였다. 올림각 (α) 을 90°로 하였고, 시험편은 V 형상으로 하였다.
시험에서 파단 후 상승각 (β)가 89.5° 나왔으며, 이것을 이론식에 대입하면 소모된 에너지와 흡수에너지는 0.16624 kgm 이고, 이 값을 단면적으로 나누면 0.2078 kg
m/cm2의 충격치가 나온다.
- Charpy 충격 시험은 해머의 위치에너지에 의해 시험편에 가해지는 충격치를 구하는 시험이었다.
- 결과 값으로 나오는 충격치가 그 재료의 성징을 알려주는 중요한 단서이다.
- 시험에 영향을 주는 요인들을 다르게 하여 실험을 하였다면 좀 더 정확한 결과값이
나올 수 있었을 것이다.
- 시험편의 Notch부 형상에 따라서 소모된 에너지와 충격치가 다르게 나온다는 것을 알게 되었다.
- 단면적은 Notch부의 형상과 밀접한 관계가 있는데, 단면적이 작을수록 충격치가
증가한다.
- 시험편이 충격을 받아서 변형이 일어날 때 정중앙 부분부터 파단이 시작되는 것이 아니라 깍은 형상의 모서리 부분부터 파단이 일어난다는 것도 알게 되었다.
- 재료가 연성이면 표면이 지저분하게 파단되며 늘어지고, 또한 한번에 절단되지 않는
경우도 있다. 재료가 취성이면 깨끗하게 잘리며 한번에 잘 절단된다.

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