기계공학실험 < 인장실험 > 결과분석 레포트

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목차

1. 실험목적
2. 이론
2. 실험방법
3. 결과
4. 분석 및 고찰

본문내용

록 한다.
6)철실과 인두를 이용하여 스트레인 게이지에 측정을 하기위한 전선을 납땜한다.
(단, 이 때 인두기가 스트레인 게이지에 닿으면 녹아서, 그로 인해 측정값이 정확히 나오지 않는다)
7)디지털 멀티메타를 이용해 정확한 납땜으로 저항 값에 이상이 없는지 확인한다.(350옴)
8)시편과 연결한 전선들을 풀 브릿지(Full bridge)로 알맞게 끼워 넣는다.
(알맞게 하지 않으면 값이 부호가 반대 혹은 정확한 양상을 띠지 못할 수 있다)
9)하중 시험기 그리고 Qx bridge box와 컴퓨터에 있는 데이터 소프트웨어 그리고 계측기와 확실하게 연결한다.
10)하중기와 시편을 장착하고 측정을 시작한다. 이 때 소프트웨어 catman 프로그램을 실험하고 각 실험에 알맞은 설정을 하도록 한다.
11)+1900, -1500까지 각각 인장, 압축을 시도하기 위해 천천히 돌리며 로드 값을 증가하고 감소시킨다. (단, 무조건적으로 정확한 데이터가 나오지는 않는다)
12)얻은 데이터 값을 엑셀 파일로 저장 후 그래프로 변환시켜 마무리한다.
4. 실험결과
1. 시편의 크기 및 재료 물성치
시편 재료
SS41
시편의 지름(mm)
19.7
시편의 단면적(mm2)
98.5
시편의 탄성계수(MPa)
2. Half bridge
작용 인장하중(N)
100
500
1000
1500
strain 측정값
4.898
2.321
4.708
7.041
stress 계산값(MPa)
1.0287
4.8748
9.8868
14.7862
stress 이론값(MPa)
1.0152
5.0761
10.1522
15.2284
작용 압축하중(N)
100
500
1000
1500
strain 측정값
-4.6888
-2.3608
4.733
7.125
stress 계산값(MPa)
-0.9846
-4.9576
-9.9399
-14.9628
stress 이론값(MPa)
-1.0152
-5.0761
-10.1522
-15.2284
3. Full bridge
작용 인장하중(N)
100
500
1000
1500
strain 측정값
4.684
2.3713
4.8289
7.1150
stress 계산값(MPa)
0.9837
4.9797
10.1407
14.9414
stress 이론값(MPa)
1.0152
5.0761
10.1522
15.2284
작용 압축하중(N)
100
500
1000
1500
strain 측정값
4.7639
2.3938
4.8137
-7.0865
stress 계산값(MPa)
-1.0004
-5.0271
-10.1088
-14.8816
stress 이론값(MPa)
-1.0152
-5.0761
-10.1522
-15.2284
5. 실험결과 분석 및 고찰
본 실험의 목적은 스트레인 게이지의 원리와 그에 따른 측정법을 익히며 응력을 구하는 방법을 직접 실험 기구들을 사용하고 적용해보며 학습하는 데에 있다. 실험 및 계산상에서 탄성 범위 내에서 변형률은 스트레인 게이지를 통해 얻을 수 있다.
따라서 본 실험에서 우리가 터득해야 하는 것은 스트레인 게이지를 부착, 측정하는 방법, 휘트스톤 브릿지 회로의 저항측정 원리에 대해 이해함과 동시에 인장, 압축실험으로 스트레인 값을 이용하여 저항 그리고 후크의 법칙으로 응력 값을 구해 관계를 알아보는 종합적 시험이다.
그래서 우리는 변형률을 측정하기 위해 탄성이 있는 시편을 제작하여 그 위에 스트레인 게이지를 총 4개를 부착하였다. 정확한 실험 데이터를 얻기 위해 Full bridge 방법으로 하여 또한 초기저항은 350옴이 나오게 하여 시작했다.
그 후 스트레인 부착과 납땜을 하는 과정에서 접착제를 과도하게 도포하면 불확실한 값이 나올 우려가 있어 한 방울만 도포해야 했고, 납땜 시 두 개의 납땜이 붙어 측정이 어려울 수 있으니 하단의 스트레인 게이지의 위치를 잘 확인하며 퍼트려야 했다. 우리 조의 경우 스트레인 게이지를 붙이는데 시간을 많이 소요해서 그런지 다소 많은 접착제를 사용하여 실험에 임한 것 같다. 이 역시 오차의 가능성을 야기할 수 있겠다.
그 외에 실험 시 오차의 가능성으로는 납땜 시 두 개의 전선을 유사하게 붙여 측정 간의 마찰이 있었을 수도 있고, 기계가 아닌 사람의 사포질의 회전과 실험 측정이다 보니 일정한 변화량을 주지 못한 점 또한 원인이 될 수 있다. 따라서 인장시편을 몇 개를 준비해서 실험값을 평균내는 것도 하나의 방법이라고 생각한다.
스트레인 게이지는 저항체에 일그러짐이 가해지면 그 저항 값이 변한다는 원리를 이용한 것으로서 본 실험에 사용한 게이지의 종류로는 half bridge와 full bridge가 있다. 게이지의 수가 많을수록 더욱 정밀한 측정을 할 수 있으며 full이 half에 비해 게이지가 2배 많기 때문에 사용되는 전압은 2배가 된다. 따라서 실험 결과를 이용하여야 할 때 풀 브릿지 게이지를 이용하여야 한다.
응력 값은 훅의 법칙(σ=ε·E)을 이용하여 구할 수 있었다. 응력 값이 실험값과 이론값이 다른 이유 중 가장 큰 이유는 이론값에서는 Engineering stress을 쓰기 때문이다. 이 stress에서 단면적은 98.5mm^2로서 변하지 않는데, 실험에서는 단면적 감소하는 방향으로 변화함으로서 두 수치간의 차이가 발생하게 되는 것이다. 하지만 이런 논리라면 인장시 실험값이 이론값보다 높아야 하지만 그러지 못했다. 응력이 오히려 감소하는 것이었다. 원인으로는 탄성을 가진 시편으로 인함이라고 여겨졌다. 혹은 실험기구의 약간의 영향도 무시할 수 없다. 왜냐하면 실험 시 인장 및 압축을 가하는 파트가 살짝 휘어져 있었기 때문이다.
느낀점으로서는 스트레인 게이지의 손쉬운 훼손과 단지 전선 하나의 실수로 인하여 모든 걸 시작해야 하는 신중함이 필수적인 실험이었다. 오차를 줄이기 위해 매 실험과정마다 신경을 써야 했으며 다음 실험에서도 빠지지 않을 중요 포인트였다. 또, 휘트스톤 브릿지, 스트레인 게이지 등의 나에게 필요한 새로운 지식을 얻게 된 실험이었으며 재료에 있어 단순하게 생각하지 않게 되는 계기가 되었다.
6. 참고문헌
목재용어사전, 서울대학교출판부
공업재료, 두양사
학문명백과, 형설출판사
보일러용어사전, 성안당

키워드

인장실험,   기계공학실험,   스트레인 게이지,   휘트스톤 브릿지