음료캔의 변형율 측정을 통한 압력 용기의 설계

본문내용

5%, 저항(R) = 120Ω± 3%, D = 52.75 mm,
t =0.152mm, , 탄성계수 : 70GPa(Al 6061-T6), 항복응력=20 MPa,
safety factor=2, D=52.75-(20.152)= 52.75 mm ∴r =26.375 mm
(N/m2)
= 3.394893 atm
(N/m2)
= 5.456819 atm
(Pa) = 59.68862 (MPa)
(Pa) = 47.970588 (MPa)
⇒ 재료역학에서 배운 지식을 바탕으로 실험에 의한 측정값과 이론값을 비교해 보면,
, ⇒
※\'Mechanics of Materials (6th ed) -James M. Gere\' 책을 참고로 보면
(N/m2 )
= 4.230948 atm
(Pa) = 74.388060(MPa)
계산결과 Margin of safety가 원주방향과 길이방향 모두 음수가 나왔는데, 이는 실험과정시 나타난 큰 오차로 인해 나온 결과로 실제설계시 Margin of safety값이
이렇게 나타날 경우 즉 0또는 그이하의 값으로 나타날 경우 구조물은 Fail된다.
또한 실제설계시에는 Margin of safety값이 좀더 Critical한 값으로 선택하여 설계하여 안정성을 높여야한다.
5. 오차 원인 및 분석
- 실험수행중 실험결과에 영향을 주었을 것으로 생각되는 요인은 다음과 같다
1) 콜라캔의 표면의 도료를 벗겨내는 과정에서 사포로 인해 캔의 두께가 변화하여
캔두께가 불균일해졌다.
2) 납땜을 하기 위해 전선부착시 사용했던 테이프를 완벽히 제거하지 못했다.
3) 스트레인게이지 부착시 길이방향과 원주방향으로 완벽하게 일치시키진 못했다.
4) 콜라캔의 두께 측정시 마이크로미터의 영점이 정확하게 일치하지 않아 임의로
보정하여 측정하였으나 그 과정에서 측정의 오차가 발생했을수 있다.
5) 실험용 콜라캔을 받았을때 캔이 다소 찌그러져 있었고 도료를 벗기는 과정에서
캔제작시 생겼을것으로 추정되는 불균일한 표면을 관찰할수 있었다.
※ 오차
계통오차(systematic error)
계통오차는 대략 세 가지로 분류되며 오차의 크기와 부호를 추정할 수 있고 보정할 수 있는 오차이다.
계기오차 : 측정계기의 불완전성 때문에 생기는 오차.
예) 자, 온도계, 계기판 등의 눈금이 정확하지 않거나 영점보정이 안된 경우.
환경오차 : 측정할 때 온도, 습도, 압력등 외부환경의 영향으로 생기는 오차.
예) 측정기구의 온도에 따른 팽창과 수축으로 인한 눈금의 변화, 질량 측정시 공기의 부력에 의한 영향등
개인오차 : 개인이 가지고 있는 습관이나 선입관이 작용하여 생기는 오차.
예) 시간을 측정할 때 한 현상이 일어나는 시간을 인식하는 정도가 사람마다 다르다.
과실오차(erratic error)
계기의 취급부주의로 생기는 오차를 말한다. 예를 들면 척도의 숫자를 잘못 읽었다든지 계산을 틀리게 하여 생기는 오차이며 실험자가 충분히 주의하여 제거하여야 하는 오차이다.
우연오차(random error)
주위의 사정으로 측정자가 주의해도 피할 수 없는 불규칙적이고 우발적인 원인에 의해 발생하는 오차를 말하며, 평균값을 사용함으로써 이와 같은 우연오차를 작게 할 수는 있으나 보정할 수는 없는 오차이다.
6. 실험후기
우리가 평소 마시던 음료 캔을 가지고 스트레인 게이지를 이용해 측정된 값을 가지고 압력을 계산 하는 실험이었다. 음료 캔 표면에 사포질을 하고 스트레인 게이지를 부착해서 스트레인 값을 측정했다. 스트레인 게이지를 부착할 때 납땜 작업을 해야 했는데, 이 납땜 작업이 이번 실험에서 가장 주의를 기울여야 했던 작업이었다. 조원 대부분이 납땜을 해본 경험이 별로 없고 생소했기에 많은 주의를 기울여야 했다. 그리고 두께와 직경을 측정했고 그 값을 바탕으로 스트레인 측정값과 함께 여러 계산해보았다. 결과 값이 오차가 발생하였는데 실험 진행 과정에서 좀 더 주의를 기울여 실험하지 못한 것이 오차를 키운 것 같아서 아쉬움이 남는다. 하지만 재료역학에서 배운 이론적인 지식들을 가지고 직접 실험을 통하여 압력과 응력을 계산해 보면서 배운 내용들이 단지 이론적인 지식으로 끝나는 것이 아니라 실제 생활에서 사용하는 음료 용기를 이용해 적용해 볼 수 있었고 배운 이론들을 사용해 보면서 이론값과 실제값과의 차이도 알 수 있었고 값들을 직접 눈으로도 직접 확인할 수 있었던 실험이었다.
7. 참고문헌
- 공학실험(한국항공대학교)
- Mechanics of materials(James M. Gere)

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공학실험,   콜라캔,   압력용기