[기계공학 실험] 보의 처짐 : 집중 하중을 가하였을 때 보가 받는 굽힘모멘트와 처짐량의 관계를 이론적인 계산과 비교하여 이해

소개글

[기계공학 실험] 보의 처짐 : 집중 하중을 가하였을 때 보가 받는 굽힘모멘트와 처짐량의 관계를 이론적인 계산과 비교하여 이해에 대한 보고서 자료입니다.

목차

Ⅰ. 서론
1. 실험목적………………………………………………………………………………………2

Ⅱ. 본론
1. 실험장치………………………………………………………………………………………2
2. 실험이론………………………………………………………………………………………3
3. 실험방법………………………………………………………………………………………7

Ⅲ. 결론
1. 실험 결과 및 데이터/ 테이블 ……………………………………………………………8
2. 고찰 ………………………………………………………………………………………… 9

▶그림과 표 설명
<그림 1> 처짐 실험 장치 …………………………………………………………………… 2
<그림 2> 실험장치의 개략도 ……………………………………………………………… 2
<그림 3> 양단 고정 지지보의 자유물체도 ……………………………………………… 3
<그림 4> 양단 단순 지지보의 자유물체도 ……………………………………………… 5
<그림 5> 양단 고정 지지보 결과 그래프 ………………………………………………… 8
<그림 6> 양단 단순 지지보 결과 그래프 ………………………………………………… 9
<표 1> 양단 고정 지지보 실험결과 …………………………………………………… 8
<표 2> 양단 단순 지지보 실험결과……………………………………………………… 8

▶ 참고문헌 …………………………………………………………………………… 10

본문내용

1/3 지점에 집중하중을 가해준다.
5. 게이지를 통해 1/2지점의 처짐량을 계산한다.
6. 집중하중을 증가시키며 반복한다.
2. 실험시 유의사항
1. 실험 시작전 게이지 눈금을 정확하게 확인한다.
2. 실험의 정확성을 위해 모멘트를 먼저 가해주고 집중하중은 나중에 가하도록 한다.
3. 정확성을 위해 양단 고정 지지보/ 양단 단순 지지보 모두 3번씩 측정한다.
Ⅴ. 결 론
1. 실험결과 및 데이터
1) 양단 고정 지지보 단위 : mm
1/2 deflection 실험값
1/2 deflection
이론값
오차율(%)
1차
2차
3차
평균
P=2N, M=10N
0.29
0.35
0.35
0.33
0.59
44.07
P=5N, M=10N
0.99
0.98
1.04
1.003
1.106
9.31
P=10N, M=10N
2.17
2.25
2.15
2.19
1.965
11.45
P=15N, M=10N
3.28
3.35
3.18
3.27
2.82
15.96
<표 1> 양단 고정 지지보 실험결과
<그림 5> 양단 고정 지지보 결과 그래프
2) 양단 단순 지지보 단위 : mm
1/2 deflection 실험값
1/2 deflection
이론값
오차율(%)
1차
2차
3차
평균
P=2N, M=10N
0.54
0.55
0.56
0.55
2.198
74.98
P=5N, M=10N
1.68
1.71
1.73
1.707
4.568
62.63
P=10N, M=10N
3.06
3.17
3.12
3.117
8.519
63.41
P=15N, M=10N
4.07
4.14
4.09
4.10
12.469
67.19
<표 2> 양단 단순 지지보 실험결과
<그림 6> 양단 단순 지지보 결과 그래프
3) 실험 결과 평가
첫 번째 실험 양단 고정 지지보의 결과를 살펴보면 그래프를 통해 한눈에 알아볼 수 있듯이 1(P=2N), 4(P=15N)번 실험의 결과 보다 2(P=5N), 3(P=10N)번의 실험 결과 가 더 정확하다는 것을 알 수 있다. 집중 하중이 아주 작거나, 어느 정도 이상보다 클 때 실험값과 이론값의 차이가 큼을 알 수 있다. P=7N정도로 실험을 했다면 실험값과 이론값이 거의 같게 나오지 않았을까 생각해본다. 1(P=2N)번 실험을 제외한 나머지 실험들은 대체적으로 만족할만한 결과를 뽑아냈다.
두 번째 실험 양단 단순 지지보의 결과를 살펴보면 그래프를 통해 한눈에 알아볼 수 있드시 집중하중이 증가함에 따라 처짐량의 실험값과 이론값의 차이가 심해졌다. 이 론값에 비해 실험값이 턱없이 작게 나온 걸 알 수 있는데 이것은 양단 단순 지지보였 지만 실험대 자체에서 완벽한 단순 지지보의 형태를 갖추지 못한 이유가 있겠고, 여 러 조들이 실험을 계속하다 보니까 보 자체의 처짐 유연성도 떨어지지 않았나 생각된 다.
2. 고찰
양단 고정 지지보, 양단 단순 지지보의 처짐 실험의 가장 큰 목적은 2학년 재료역학 수업을 통해 계산으로만 처짐량 을 알아 볼 수 있었던 것을 실험을 통해 얻은 처 짐량을 비교해 봄으로서 실험의 정확성은 어떻게 나타나는지 생각해보게 된다는 것이다.
일반적으로 생각을 해보아도 집중하중이 증가하거나 모멘트가 많이 걸릴수록 처짐량 이 늘어나는 것은 당연한 얘기이다. 이것은 실험을 통해서도 증명이 된다. 이번실험에 서는 각 경우에 작용하는 모멘트는 일정하게 유지하였으므로 집중하중에 의한 처짐의 정도를 살펴보도록 하겠다. 각각의 실험에 의해 측정된 값에 따라 집중하중이 증가 할 수록 양단 고정 지지보의 경우나 양단 단순 지지보의 경우에서 처짐량이 증가함을 확 인 할 수 있다. 또한 앞에서 유도한 수식에서도 확인 할 수 있다. 양단 단순 지지보의 경우 다음과 같이 처짐식은 로 유도 되었다. 양단 고 정 지지보의 경우 살펴보면 처짐식은 과 같이 표현된다. 두 식을 보면 집중하중이 증가하면 처짐량은 늘어난다는 것을 알 수 있다.
여기서 살펴보아야 할 것은 실험값과 이론값의 차이는 왜 나타나는지 생각해 봐야 할 것이다. 실험이 정확했다면 이론값에 근사하게 실험값이 측정되어야 하는데 오차율을 보게 되면 많게는 75%까지 나타난다. 그에 따른 이유를 생각해 보고자 한다. 먼저, 게 이지측정기기에 있다고 본다. 실험을 할 때 약간의 부딪힘만 있어도 게이지가 쉽게 바 뀜을 볼 수 있었다. 이로 인한 오차를 줄이기 위해 매번 실험을 할 때 0점에 맞춰놓고 실험을 수행하였지만 한계가 있었던 것으로 생각된다. 또한 게이지를 읽는 우리에게도 문제가 있었을 수도 있다. 게이지표기기가 디지털로 표시된다면 실험자의 입장으로서 는 매우 간편하게 측정을 할 수 있으나, 우리의 실험기계의 경우 아날로그 눈금을 읽 어야 하기 때문에 그로인한 오차도 발생 할 수 있었다고 생각된다. 실험장치의 노후화 를 생각을 안 해 볼 수가 없다. 앞서 선배님들이나 같이 이번 실험수업을 듣는 학우들 또한 우리와 같은 실험을 했을 것이다. 그로 인해 보는 자연적으로 처음의 수평함보다 휘어지게 되었을 것이다. 하지만 실험값에는 그것을 포함시키지 못했으니 오차가 발생 하는 것은 당연한 것으로 생각된다. 마지막으로 생각해 볼 것은 보가 충분이 처음의 상태로 돌아오기를 기다려야 하는데 충분한 시간을 기다리지 못하고 빨리 실험을 하기에 바빴기 때문에 이런 오차가 생기지 않았나 생각된다.
처짐은 역학적으로나 실제 많은 재료에서 중요한 정보라고 생각된다. 간단하게 생각 해보자면 설계를 할 때에 처짐은 최소로 하는 것이 중요하기 때문이다. 단순 지지보의 경우는 손쉽게 구할 수 있었지만 고정 지지보의 경우 부정정문제로서 한 번 더 깊이 생각해 보아야 했다. 이번실험을 계기로 재료역학 책을 찾아보면서 다시 한 번 굽힘 에너지에 대해 상기 할 수 있었고 보의 처짐 공식을 유도해봄으로써 개념을 바로 잡을 수 있는 계기가 되었다. 간단한 실험이었지만 실험 후 공부를 하면서 앞으로 설계를 해 야하는 나에게 다시금 큰 도움이 된 것 같아 뿌듯하다.
※ 참고문헌
1. ‘SI 고체역학’ , 인터비젼 / 권영하 외
2. ‘Gere 재료역학’ , 인터비젼 / 이종원, 김문생 외
4. 기계공학연구정보센터(METRIC) 홈페이지 (http://www.metric.or.kr)

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보의처짐,   재료역학,   보,   기계공학 실험,   단순 지지보,   보의 처짐,   실험 결과,   굽힘모멘트