스트레인 게이지 부착 및 스트레인(strain) 측정실험

목차

1.실험 목적
2.실험 이론
1) Strain gage의 기본원리
2) Transverse Sensitivity
3) Strain gage의 부착
4) Strian 측정
5) 변형률과 응력과의 관계
3.실험 장비
4.실험 방법
5. 실험결과 및 분석
5.1 실험결과
5.2 계산과정
5.3 계산결과
5.4 결과분석
6. 오차원인 및 분석

본문내용

.
5)하중을 증가시키면서 strain 값을 읽는다. Strain indicator에 나타나는 값에 을 해주어야 실제 strain 값이 된다. 최대 strain이 0.01이 넘지 않도록 한다. 왜냐하면 0.01이 넘을 경우에는 영구변형이 생길 우려가 있기 때문이다.
6)실험을 마친 후 측정된 strain에 알루미늄 합금의 Young\'s Modulus를 곱하여 stress를 계산한다.
7)재료역학에서 배운 보에서 발생되는 응력 계산식 와 비교한다.
Strain gage의 부착 방법
1. 측정지점을 Degreaser로 닦아준다.
2. 만약 표면에 흠이나 산화물이 있다면 사포질을 한다.
3. M Prep Conditioner A를 반복해서 바르고 면봉으로 깨끗한 부분이 더 이상 변색되지 않을 때까지 문지른다. 모든 찌꺼기와 약제를 다시 천천히 가제로 제거한다.
4. Gage를 비닐로부터 꺼내, 깨끗한 유리판 위나 gage 박스 표면에 올려 놓는다. 100-150㎜ 정도 되는 Micro Measurement No. PCT-2A Tape를 gage와 terminal위에 붙인다. Gage가 테이프 중간에 오도록 조심하여 붙인다. 견본의 표면에 약 45도 정도의 낮은 각도로 테이프를 떼어내고 그림 4에서 보이는 것과 같이 gage가 테이프에 붙은 상태로 옮긴다.
5. Gage 와 Tape의 결합을 표본에 붙인다.
6. 테이프와 gage를 낮은 45도정도의 각도로 표본에서 떼어낸다. Terminal 을 약 1/2 in (1in = 2.54cm) 지난 지점까지 테이프를 떼어낸다. 테이프 끝을 말아 붙이고 견본의 표면으로 눌러서 gage와 terminal 붙은 부분이 노출된 상태로 납작하게 놓이도록 한다.
7. M- Bond 200 catalyst를 gage와 terminal 접합 부분에 바른다. 브러쉬 캡을 병에서 꺼내어 약 10번 정도 병 입구에 대고 촉매를 짜낸다. 브러쉬를 gage에 대고 바른다. 약 1분정도 말린다.
8. Gage와 terminal이 부착된 부분을 들어 올리고 그 부분을 잡은 후 M-Bond 200을 테이프와 시편사이 접힌 부분에 1-2방울 떨어뜨린다. 이 접착 과정은 gage로부터 대략 1/2in(13mm)떨어진 곳에 해야 한다. 이것은 시편표면을 따라 되는 접착중합과정이 평탄하게 되도록 해준다.
9. 즉시 gage가 시편표면에 bridge되도록 테잎을 30도정도로 기울인다. 테잎을 살짝 팽팽히 잡으면서 천천히 그리고 확실하게 한쪽 방향으로 거즈를 이용하여 gage/tape 결합부위를 눌러간다.
10. 약 1분정도 눌러준다.
11. 테잎을 제거하려면 자신의 몸 쪽으로 테잎을 당겨주면서 천천히 지속적으로 벗겨내야 한다. 이 기술은 gage의 표면의 얇은 박을 안 떨어지게 해주며 다른 damage로부터 접착된 gage를 보호해 준다.
5. 실험결과 및 분석
5.1 실험결과
실험회수
추의질량(g)
Strain ()
1
50
11
2
100
21
3
150
29
4
200
38
5
300
57
6
400
77
7
500
96
8
600
115
9
700
133
10
900
171
L(mm)
b(mm)
h(mm)
244
25.5
6.45
5.2 계산과정
※ 실험결과 나온 데이터를 바탕으로 다음과 같이 계산을 한다.
1) 추의 질량에 중력가속도를 곱하여 힘의 단위(하중 : P)로 바꿔준다.
2) 스트레인게이지로부터 힘이 작용하는 지점까지의 거리(L)를 곱하여 모멘트 값을 구한다.
3) 측정해놓은 시편의 단면의 가로(b)세로길이(h)를 다음 식에 대입하여 관성 모멘트값을 구한다.
4) 중립축의 길이를 구한다. 단면이 symmetric하므로 중립축은 높이의 반이다.
5) 다음 식을 이용하여 이론적으로 응력값을 구한다.
⇔
6) 다음 식을 이용하여 실험적으로 응력값을 구한다.
7) 두가지 계산결과를 비교해본다.
5.3 계산결과
실험회수
힘(N)
모멘트(N-m)
STRESS(Pa)
STRESS(Pa)
E=70GPa일때
오차(%)
1
0.4905
0.119682
676893.7104
770000
12.09172592
2
0.981
0.239364
1353787.421
1470000
7.905617628
3
1.4715
0.359046
2030681.131
2030000
0.033553266
4
1.962
0.478728
2707574.842
2660000
1.788527884
5
2.943
0.718092
4061362.263
3990000
1.788527884
6
3.924
0.957456
5415149.683
5390000
0.466598951
7
4.905
1.19682
6768937.104
6720000
0.728230719
8
5.886
1.436184
8122724.525
8050000
0.903410251
9
6.867
1.675548
9476511.946
9310000
1.788527884
10
8.829
2.154276
12184086.79
11970000
1.788527884
5.4 결과분석
계산결과를 플롯팅하면 아래와 같은 결과가 나온다.
첫 번째 50g 추를 달았을 경우의 값의 오차가 가장 크게 나타났고 첫 번째와 두 번째 회수를 제외하곤 모두 1%정도의 작은 오차값을 나타냈다.
탄성영역내에서 변형률-응력선도의 기울기가 탄성계수를 의미하므로 식으로 응력값을 계산하여도 이론적으로 구해낸 값과의 차이가 거의 없다는것을 알수있다. 즉 탄성영역에서는 윗식을 사용하여 응력을 계산하여도 오차가 미미함을 알수 있다. 또한 실험중 가한 하중은 탄성영역을 넘어서지 않았음을 알수 있다.
6. 오차원인 및 분석
측정장비 또는 측정자에 의해서 생겼을수 있는 측정오차(스트레인게이지,두께및 너비 및 하중이 작용하는 지점에서 스트레인게이지의 중간지점까지의 값을 측정시)가 있을 수 있고 계산과정시 반올림을 하는 과정에서 생겼을 계산오차
그리고 식을 써서 응력값을 계산할 때 사용한 탄성계수값과 시편이 만들어진 재료의 탄성계수값이 같지 않을것이기 때문에, 이또한 오차의 원인이 되었을것으로 생각되며 시편이 균일하지는 않을 것이기 때문에 변형시 생겼을 오차가 있을것으로 생각된다.

키워드

스트레인,   스트레인게이지,   strain,   gage,   공학실험,   측정