[건국대학교 A+] 재료실험 보고서 레포트 과제 인장실험

소개글

[건국대학교 A+] 재료실험 보고서 레포트 과제 인장실험에 대한 보고서 자료입니다.

목차

1. 개요
2. 실험 목적
3. 실험원리 및 방법
4. 실험이론 및 공식
5. 실험 장치 및 구조
6. 실험결과
7. 고찰
8. 참고 문헌

본문내용

(2) 진응력-변형율 선도(true stress-strain diagram) : ②
앞에서 설명한 응력-변형도 선도에서의 응력은 하중을 최초단면적으로 나눈 값, 즉 공칭응력(nominal stress)이다. 그러나 시편의 길이가 늘어남에 따라 가로수축(lateral contraction)이 일어나며, 이 결과로 단면적이 감소하게 된다. 이때 점 까지는 단면적의 감소량이 너무나 적어 응력계산에 별로 영향을 주지 못하나, 점을 지나서는 단면적의 감소량이 선도의 모양을 바꾸게 된다. 물론 진응력은 각각의 시점에서의 실제단면적을 통하여 계산되므로 공칭응력보다는 다소 크다. 극한응력 부근에서는 시편의 단면적의 감소가 눈에 보일 정도로 되며 네킹(necking)이 일어난다.
: 시험편의 원단면적
: 하중 P가 작용할때의 단면적
: 시험편의 처음 길이
: 늘어난 길이 ()
: 단면감소율
라고 하면 체적일정의 조건,
(1-5)
과 식(1-1), (1-2)으로부터 는
(1-6)
즉
(1-7)
와 같이 된다. 따라서 진응력-변형율 선도는 그림 1-6과 같은 방법으로 공칭응력-변형율 선도로부터 작도할 수 있다.
공칭응력-변형율 선도의 수평축에 이 되도록 점 을 잡는다. 임의의 공칭응력점 에서 수평축에 평행선을 그어 수직축과의 교점을 라고 하고, 이 점과 점 을 잇는 직선이 점을 지나는 수직선과의 교점을 라 하면, 이 점이 공칭응력점 대응하는 진응력점이 된다. 이 방법은 최대하중점 까지는 적용되나 점 이후에는 국부수축이 생기게 되어 적용할 수가 없다. 파단점 에서 실제 파단응력, 는 다음과 같이 구한다.
파단면적을 , 파단응력을 라 하면
(1-8)
(1-9)
가 된다.
되는 수평축 상의 점 에서 수직선을 그은 후 파단점 에서 수평선 를 긋고, 를 연장한 선이 에서 세운 수직선과 만나는 점 를 구하고, 점 에서 수평선을 그어 이 선이 점 를 지나는 수직선과의 교점을 라고 하면
(식1-10)
가 성립하므로 점 는 에 대응하는 진응력점이다.
(3) 단면감소율 및 연신율
재료의 연성을 나타내는 척도로서 단면감소율과 연신율이 사용된다. 단면감소율, 와 연신율(elongation),은 아래와 같이 정의된다.
(식1-11)
(식1-12)
여기서 는 시험편이 파단된 후의 표점거리이다. 그러나 두 표점 사이에서 국부수축으로 인한 변형량은 전체 변형량의 대부분을 차지하며, 표점거리의 장단에 거의 무관하므로, 연신율은 처음의 표점거리에 따라 그 값이 달라지며, 표점거리가 짧은 시험편일 수록 큰 값을 나타낸다. 따라서 재료의 연성을 표시하는 데는 연신율보다 단면감소율이 더 바람직하다.
(Note) 일반적인 인장시험기에서는 그림1-7과 같이 시편의 중앙에 변형측정기(extensomete
r)를 부착하여 표점거리(gage length) 사이의 변형량을 측정하게 된다. 그러나 본 실험에서 사용되는 만능시험기는 직접 cross-head의 움직인 거리를 통하여 시편전체의 변형량을 측정하게 된다.
실험 장치 및 구조
시험기 본체, Controller,기타 부속 장치, SM41C, SM45C
실험결과
Strain : displacement/표점거리
Stress : force*9.80655/(단면적)*100(100은 실험기구 이상으로 인한 조정)
영률 : 직선 구간의 기울기
Offset strain : strain + 0.002
Offset stress : strain*영률
Offset strain을 x 축으로, Offset stress를 y축으로 하는 0.2%offset 그래프 표시
항복강도 계산
SM41C의 항복강도 계산추정값 : 424.0625MPa, 기기실측값 : 441 MPa
오차 : 3.854%
SM45C의 항복강도 계산추정값 : 563.106MPa, 기기실측값 : 589 MPa
오차 : 4.396%
극한강도
SM41C : 494.27 MPa
SM45C : 667.3941 MPa
연신율 (L-L_0)*100/L_0
SM41C 연신율계 산추정값 (6.16)*100/70= 8.800 %
SM45C 연신율 계산추정값 (6.886)*100/70=9.837%
SM41C SM45C
파단면을 봤을 때 두 시편 모두 작게나마 넥킹이 생겼으므로 연성이다.
또한 SM뒤에 붙는 숫자는 탄소량을 의미하는데 탄소량이 많아지면 강도(항복응력)이 향상되지만 반대로 인성이 떨어지는 경향이 있다. 이를 실험데이터에서 SM41C, SM45C 비교로 확인이 가능하다. 또한 Strain-Stress curve에서도 소성변형이 일어 난난 것 확인 할 수 있다.
고찰
이전 고체역학 시간에 공부하던 내용을 이번 학기 실험시간에 직접 실험을 해보았다.
막연하게 전공이라는 이유만으로 암기 위주로 공부하던 공식들을 실제로 어떻게 쓰이는지 직접 겪어볼 수 있어서 좋았다.
실험을 통해 얻은 결과 값을 통해 응력-변형률 선도와 0.2offset 법을 이용한 항복점을
구하는 과정에서 여러 어려움을 겪었다. 또한 항복점을 찾는 과정에서 데이터를 분석하는 사람 마다 꽤나 다른 값이 나오는 것을 확인하였다.
인장강도, 항복점, 탄성계수 등을 이용하여 재료를 추측하였는데, 단지 항복점, 탄성계수 등을 이용하여 정확한 재료를 추측하기에 어려움이 있었으며 다른 기계적 성질을 알았더라면 더 근사한 재료를 구하는 데 도움이 되었을 것이다. 재료를 추측하는 과정에서 기계적 성질을 이해하고 그 값을 알게 되면 실제 설계 및 활용을 할 때 도움이 될 것 같다는 생각을 했다. 우리가 측정한 경도 값은
물림부에서 경도 값이 표점거리 내의 경도 값보다 높게 측정되었는데 실험하는 도중 어떤 요인에 의해 값이 잘못 나왔거나 인장실험을 하는데 있어서 물림부에서도 소성변형이 일어났을 것 같다. 시험편의 종류를 다르게 하고 시험을 하면 결과 값이 어떻게 나올지, 오차가 얼마나 생길지 시험을 궁금했다. 실험을 통해 경도의 개념에 대해 더 명확히 알게 되었고 유익한 실험이었다.
참고 문헌
네이버 지식백과 용어해설
https://cafe.daum.net/hjhhbd/FcQl/232?svc=cafeapi
https://m.blog.naver.com/otaknoid/221038174406

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