[기계공학 실험] 인장실험

소개글

[기계공학 실험] 인장실험에 대한 보고서 자료입니다.

목차

1. 실험목적

2. 실험 장비

3. 실험 방법

4. 관련 이론

5. 실험 결과

6. 고찰

본문내용

을 나타낸다.
종탄성계수(Longitudinal elastic modules, Young's modules) : 변형의 초기에는 응력과 변형률의 비가 비례한도 내에서는 일정하다. 이 일정한 관계를 후크의 법칙(Hook's law)이라 하고 응력과 변형률 관계로 표시된다. 여기에서 값을 종탄성계수라 하며 응력-변형률 선도에서 비례한도 이내의 직선부분의 기울기를 의미한다.
비례한도(Proportional limit) : 응력에 대하여 변형률이 일차적인 비례관계를 보이는 최대응력.
탄성한도(Elastic limit) : 비례한도 전후에서 부과했던 하중을 제거했을 때 변형이 없어지고 완전히 원상회복 되는 탄성변형의 최대응력. 정확한 탄성한도를 결정하기 어렵기 때문에, 구하기 쉬운 비례한도를 대신 쓰거나 아니면 거의 같다고 본다.
항복점(Yield point) : 응력이 탄성한도를 지나면 곡선으로 되면서 응력이 증가하다가 하중을 증가시키지 않아도 변형이 갑자기 커지는 지점이 발생하는데 이를 상 항복점이라고 한다. 이때 금속 내부에 슬립으로 인하여 소성유동이 생겨 큰 내부 전위를 일으키면서 하항복점이 발생하는데, 하항복점을 지나면 영구변형은 더욱 증가한다. 일반적으로 항복점은 하 항복점을 의미한다.
0.2% 항복 강도 : 동, 알루미늄과 같이 항복점이 확실치 않은 재료에서 0.2%의 영구 변형률을 가지는 점을 항복점 대신으로 생각하는데 이것을 0.2% offset 항복강도 또는 내력(0.2% offset yield strength or proof stress)이라고 한다. 일반적으로 연강 이외의 금속재료들은 뚜렷한 항복점이 나타나지 않는다.
인장 강도, 극한 강도(Ultimate strength) : 시험편이 절단되었을 때의 하중 즉, 최대 인장 하중을 시험편 평행부의 원단면적으로 나눈 값, 재료의 강도는 단면적에 대한 저항력으로 표시된다. 항복점을 지나면 재료는 경화(hardening)현상이 일어나면서 다시 하중을 증가시켜야 변형이 증가하고 어느 일정한 하중이 지나면 시편에 국부적 수축현상이 나타나며 하중을 감소하며 변형은 증가한다. 시편에 가하여진 최대 하중을 원 단면적으로 나눈 값을 인장강도라 한다. 또한, 인장 시편이 견디는 최대하중을 인장하중이라 한다.
⑨ 연성의 계측
연신률(Elongation) : 시편이 파단 되기까지 생기는 전체 늘어난 양을 원래의 표점거리로 나눈 값이다. 인장시험시 시험편이 파괴되기 직전에 있어 표점거리를 측정하고, 늘어난 후의 길이를 L`(mm)와 처음 표점거리 L(mm)와의 차를 처음의 표점거리 L로 나눈값을 백분율(%)로 나타낸 것을 말한다.
연신률 = 파단시의 총변위/표점거리 X100
Total Elongation
= Elongation before necking(균일연신) + Elongation after necking(국부연신)
단면 수축률 : 단면적과 파단 시의 단면적과의 비를 의미한다. 원형단면의 경우 파단 후의 단면이 원형이 아니므로 긴지름과 짧은 지름을 측정하여 단면적을 구한다 .
⑩내력 (Yield Strength)의 결정
인장시험때 규정된 영구변형을 일으킬 때에만 하중을 평행부의 원단면 적으로 나눈 값을 항복값이라 하나 연강처럼 항복 현상이 뚜렷하게 나타나는 것 이외의 재료에는 탄성 구간의 직선을 x축 방향으로 0.002만큼 평행 이동한 직선이 응력 -변형률 선도와 만나는 점을 항복값 대신으로 쓰는데, 이는 0.2% Offset Method라고 규정한다.
⑪실험 결과에 영향을 미치리라고 생각되는 값들
시험편의 형상
아래 그림은 연강을 풀림 열처리한 것으로 원형 단면시편, 직사각형 단면시편, I형 단면시편의 인장강도 및 항복점 등의 차이를 표시한 것이다. 원형 단면시편이 가장 크고 그 다음이 직사각형, I형의 순으로 정해진다.
표점거리의 영향
동일 시험편의 표점거리에 따른 영향은 오른쪽 그림과 같다.
표점거리가 길면 인장강도는 다소 저하한다.
시험온도의 영향
일반적으로 시험온도가 높을수록 강도는 감소하고 연성은 증가
오른쪽 그림은 탄소강 C=0.32%에 대한 고온 기계적 성질을 표시
변형속도의 영향
변형속도가 증가할수록 항복강도가 증가하며 변형경화는 줄어든다.
5. 실험 결과
하중-변위 선도
공칭 응력 - 공칭 변형률 선도
진응력 - 진변형률 선도
0.2% offset
6. 고찰
이번 실험의 목적은 인장 실험을 통하여 시편이 학기 중 수업 시간에 배웠던 Stress-Strain 곡선과 유사하게 나옴을 확인 하는 것과, 실험을 통해 나온 그래프를 보고 이 시편이 어떤 재료인가를 확인할 수 있음을 아는 것이다.
이 목적 하에 실험을 실시 한 후, 위의 결과에서 보인 탄성 곡선을 얻을 수 있었고, 탄성구간, 소성구간, 항복점 등 수업 시간에 배웠던 Stress-Strain 곡선과 매우 유사하게 나옴을 볼 수 있었다. 또 우리가 얻은 Stress-Strain 곡선을 사용하여 시편의 종류를 알아보기 위해 인장 강도, 탄성 계수, 항복 강도 등을 알아보면 다음과 같다.
· 인장 강도(Tensile strength) =
· 탄성 계수(Modulus of elasticity) =
· 항복 강도(Yield strength) ≒ 52.825 MPa (0.2% offset 방법 사용)
위의 값들을 이용하여 시편의 종류를 추측해 보면 Aluminum Alloy 라고 추측된다.
“http://www.matweb.com/” 참조
이 실험을 하면서 오차가 상당히 발생했다고 생각한다. 실제로 실험 중 시편이 ‘쩡’ 소리를 내며 끊어지는 것이 아니라 한 쪽부터 찢어짐을 볼 수 있었다. 이런 현상이 발생한 원인은 시편을 인장 시험기에 고정 시킬 때 정확하게 수직, 수평으로 고정 시켜야 하는데 사람이 직접 고정 하기 때문에 정확하게 고정시키지 못하여 하중이 어느 한쪽으로 집중되기 때문에 발생한다. 또한 기계의 부정확성과 노후로 시편을 고정할 때 그립부분이 많이 흔들림을 확인할 수 있었다. 그리고 시편을 가공할 때 정밀하게 가공하지 않아서 대칭이 맞지 않아 응력이 한쪽으로 집중되는 것도 생각해 볼 수 있다.

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