재료역학-재료의 충격강도

소개글

재료역학-재료의 충격강도에 대한 보고서 자료입니다.

목차

1. 실험 목적
2. 실험 기구
3. 실험 이론
4. 실험 방법
5. 실험 결과
6. 결과 고찰
7. 참고 문헌

본문내용

변함.
축에 윤활유를 충분히 주입하여 마찰 열에너지로 변하는것을 최소화 한다.
공기
헤머의 위치에너지가 공기저항으로 인해 일부 열에너지로 변함.
(4) Charpy 충격시험기 흡수에너지 계산법
에너지의 계산에는 처음 낙하각 와 파괴 후 상승각 를 측정한다. 와 는 회전체 부분에 장착되어 있는 각도 지시원판과 지침으로 쉽게 알 수 있다. 시편이 파단될 때 흡수한 에너지는 와 에 해당되는 에너지의 차로 알 수 있다.
샤르피 충격 시험의 원리도
샤르피 충격 시험기 시편지지대와 해머
해머의 A점에서 위치 에너지 Wh1은
Wh1 = WR + WR cos(180 - α) = WR (1 - cosα) Kg-m
시편을 파괴한 후 B점의 위치에너지는 Wh2는
Wh2 = W (R - R cosβ) = WR (1 - cosβ)
그러므로 시편에 흡수된 에너지 E 는
E = W (h1 - h2) = WR (cosβ - cosα)
흡수 에너지
E = WR ( cos β - cos α )
(단, 마찰저항 및 공기저항등으로 운동 중 소실된 에너지는 무시)
W : 해머의 중량 (kg)
R : 해머의 회전축 중심으로 부터 무게 중심 까지의 거리(m)
α: 해머를 끌어 올리는 각도
β: 시험편 절단후의 해머의 올라간 각도
(5) 충격치
시험편 지지대에 시험편을 놓고 해머를 어느 높이까지 들어올렸다가 놓으면 해머는 시험편을 파괴하고 반대편 쪽으로 튀어오른다. 이 때 처음 해머를 들어올렸을 때의 해머의 위치 에너지와 반대쪽으로 튀어올랐을 때의 해머의 위치 에너지의 차가 시험편을 파괴하는데 소요된 충격 에너지이다. 이것을 시험편의 단면적으로 나눈 값을 충격치라고 하며, 이 값으로 재료의 인성(靭性)을 측정한다.
충격치 = 흡수에너지 / 시편의 원단면적
여기서
E = 시험편을 파단하는데 소요된 에너지
B = 시험편 절결부 부근의 두께
T = 시험편 절결부의 부근의 두께
D = 시험편 절결 깊이
4. 실험 방법
① 해머의 초기 위치를 α각 만큼 올려놓는다. 올림각 α값 측정
② 해머를 떨어뜨려 시편을 파단 시키고 파단 후 해머가 최대 상승위치에 도달했을 때 즉, β각에 위치했을 때 지시바늘은 고정된 수치를 기록한다. 후진각 β값 측정
③ 시편의 조건을 달리하여 같은 시험을 반복한다. (상온, 저온(-15℃), 고온)
5. 실험 결과
(1) 표 1 초기 데이터
올림각
후진각
저온(-15℃ ~
-20℃)
1차
2차
상온 (12℃)
1차
2차
고온(100℃~)
1차
2차
(2) 표2 흡수에너지
흡수에너지(Nm)
저온(-15℃)
1차
34.46
2차
51.30
평균
42.88
상온
1차
150.79
2차
147.63
평균
149.21
고온
1차
164.77
2차
178.34
평균
171.55
(3) 표3 충격치
충격치(kN/m)
저온(-15℃)
1차
430.750
2차
641.250
평균
536
상온
1차
1884.875
2차
1845.375
평균
1865.125
고온
1차
2059.625
2차
2229.375
평균
2144.375
(4) 시편의 절단면
6. 결과 고찰
이번 실험은 샤르피 충격시험기를 통한 충격시험이었다. 이 시험을 통하여 재료의 연성 또는 취성을 시험하는 것인데 그에 따라 상온, 저온, 고온으로 나누어 각각의 시편에 따른 충격시험을 실험하였다.
먼저 시편을 올리지 않은 상태에서 실험한 결과 시편이 없을 때 올림각과 후진각이 달랐다. 이는 해머의 무게로 인하여 그 자중에 따른 중력가속도의 영향에 따라 후진각이 올림각보다 더 크게 측정된다고 생각해보았다.
올림각
표준후진각
실험후진각
오차
저온(-15℃ ~
-20℃)
1차
2차
상온 (12℃)
1차
2차
고온(100℃~)
1차
2차
시험 전에 표준시험 데이터 표를 보여주셨다. 상온과 고온에서 오차 값이 컸다. 실험 당일날 날씨가 많이 추웠는데 상온 온도에 영향을 미쳤다고 볼 수 있다. 정확히 12℃가 아니라 더 낮았던 것 같다. 그리고 시편을 달굴 때 버너로 달궜는데 아마도 온도가 저마다 달랐을 것이라고 생각한다. 그리고 우리조가 뒷조라서 앞조보다 더많이 달궈진 상태여서 온도차 때문에 오차가 생긴 것 같다.
표 를 통하여 저온의 시편은 취성의 성질을 가지며 적은 에너지를 흡수하는 것을 알 수 있었고, 단면도 깔끔하게 잘린 단면을 볼 수 있었다. 이와 반대로 고온의 시편은 연성의 성질을 가지기 때문에 많은 에너지를 흡수하며, 단면을 관찰해 보면 연성의 대표적인 예인 엿가락처럼 늘어지는 것을 살펴볼 수 있었다.
또한 결과값에 따른 그래프를 그리면 다음과 같음을 볼 수 있었다.
저온을 -15도 상온을 10도, 고온을 100도로 가정하고 그래프를 그렸다. 그래프를 보면 고온일수록 흡수에너지가 커지는 것을 가시적으로 확인할 수 있었다. 이는 고온이 되면 시편이 연성의 성질을 가져 많은 에너지를 흡수 하는 것을 알 수 있었다.
충격치(kN/m)
표준 충격치
오차
저온(-15℃)
1차
430.750
161.700
374.3
2차
641.250
평균
536
상온
1차
1884.875
182.425
1682.7
2차
1845.375
평균
1865.125
고온
1차
2059.625
768.075
1376.3
2차
2229.375
평균
2144.375
충격치의 오차가 너무 크게 나온 것을 볼 수 있다. 샤르피 충격시험은 온도 값에 영향을 많이 받기 때문에 아마도 온도 설정에 있어서 잘못 된 것 같다. 그리고 실험시 시험편을 고정할 때 타격선단이 충격의 정확히 중심에 있어야 하는데, 사람이 하다보니 정확하게 중심에 놓지 못한 이유도 있다고 본다.
충격치 을 살펴보면 저온일 때보다 고온일 때 더 많은 충격치를 받는다. 이것은 시편이 파단하는데 소요되는 에너지가 고온일 때 더 많은 에너지를 필요로 하기 때문에 고온일 때의 시편이 큰 값을 얻게 되는 것이다.
이에 따른 그래프를 그려보면 다음과 같다.
충격치의 그래프도 흡수에너지의 그래프와 일치하였다.
이것을 육안으로 살펴볼 수 있는 예는 저온의 시편이 파단될 때 시편이 튀는 거리가 고온이 파단될 때 시편이 튀는 거리보다 더 많이 튀는 것을 관찰 할 수 있었다.
7. 참고 문헌
재료역학 -임상전 편저 /문운당

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