스트레인 게이지 실험

소개글

스트레인 게이지 실험에 대한 보고서 자료입니다.

목차

1. 실험 목적 ----------------- P.1

2. 실험 이론 ----------------- P.1
2-1 응력(stress)의 정의 ----------------- P.1
2-2 스트레인(Strain)의 정의 ----------------- P.1
2-3 Stress-Strain Relations ----------------- P.2
2-4 Strain Gauge란? ----------------- P.2
2-5 스트레인 게이지 관한 이론 ----------------- P.2
2-6 스트레인게이지의 종류 ----------------- P.3
2-7 브리지회로의 종류 ----------------- P.4

3. 실험에 영향을 주는 요인 ----------------- P.7

4. 실험방법 및 장치 ----------------- P.7
4-1 실험방법 ----------------- P.7
4-2 실험장치 ----------------- P.8
4-3 실험결과 ------------------ P.8

5. 실험 그래프 ----------------- P.13

6. 결과 분석 및 고찰 ----------------- P.14

7. 참고문헌 ----------------- P.14

본문내용

다. 균열이 진전할 때 소성변형이 거의 수반되지 않는 취 성 재료의 값은 매우 낮으며, 대형 파손에 취약하다. 반면에, 연성 재료의 값은 대체적으로 크다. 파괴역학은 특히 중간정도의 연성을 갖는 재료의 대형 파 손을 예측하는 데 사용된다. 재료 성질인 평면 변형률 파괴 인성 에 영향을 주 는 주요 인자로는 온도, 변형률 속도 및 미세조직 등이 있다. 온도가 감소할수록 또 한 변형률 속도가 증가할수록 값은 감소한다.
- 천이 온도(transition temperature)
:저온으로 되면 파괴형태는 연성파괴에서 취성파괴로 변한다. 이 연성에서 취성으로 변하는 온도범위를 천이온도라고 한다.
- 인성(toughness)
:파괴가 일어나기까지의 재료의 에너지 흡수력을 뜻한다. 시편의 기하학적 형상 또 는 하중을 가하는 방법은 인성 측정에 크게 영향을 미친다. 동적 하중조건과 노치 가 존재할 경우에는 충격 시험을 통해 노치 인성을 평가한다. 또한 파괸 인성은 균 열이 존재할 때 재료가 갖는 파괴에 대한 저항성을 나타낸다. 정적 하중 조건의 인 성은 인장 시험 결과로 구할 수 있으며 곡선에서 파괴까지의 밑면적을 나타낸 다. 인성의 단위는 탄력의 단위와 같은 단위 체적 당 에너지이다. 인성이 큰 재료는 항복 강도와 연성이 커야한다. 일반적으로, 연성재료가 취성 재료보다 인성이 크다. 또한 높은 항복 강도와 인장 강도를 갖는 취성 재료는 연성 재료보다 연성이 작 으므로 낮은 인성값을 갖게 된다.
- 연성(ductility)
:재료의 또 다른 중요한 기계적 성질로서 파괴가 일어날 때까지의 소성 변형의 정도 를 나타낸다.
연성을 정량적으로 표시하기 위한 방법은 1. 길이 신장률 과 같이 파괴시의 소성 변형률을 백분율로 나타낸 것(는 파괴 길이, 는 초기의 게이 지 길이) 과 2.단면적 감소율 (는 초기 단면적, 는 파 괴시 단면적) 와 같이 정의 한다.
대부분의 금속은상온에서는 어느 정도의 연성을 갖고 있지만 온도가 낮아짐에 따라 취성으로 변한다.
재료의 연성은 설계 시 구조물의 파괴가 일어나기 전까지 나타나는 소성변형의 정 도와 제작 성형에 허용되는 변형의 정도를 나타내므로 중요한 기계적 성질의 하나 이다. 연성이 재료를 보통 “괜찮은(forgiving)” 재료라고 하는 이유는 설령 설계의 응력 계산에 오류가 있다 하더라도 단지 국부적인 변형만이 일어날 뿐이며 파괴가 쉽게 일어나지 않기 때문이다.
- 취성(brittleness)
: 재료가 현저한 소성변형을 겪기 전에 인성이 상실되어 극히 작은 충격하중에도 쉽 게 파괴되는 성질이다.
5.3 Charpy 충격 시험에 영향을 주는 요인
: 첫 번째, 가정이 시험에 영향을 주었다. 시험을 할 때 Charpy 충격 시험기 조인트 부분에 마찰이 없다고 가정, 또한 시험 시 공기 저항이 없다고 가정 하고 시험편 가공처리부분에서 변형은 무시한다고 가정하였다.
두 번째, 노치가 유무 그리고 모양이 영향을 주었다. 노치가 있다면 노치부분에 응 력집중이 되면서 변형은 그 부분에 한하고 신장은 매우 크게 되며, 노치부의 둥글 기가 작을수록 응력집중이 커 빨리 파단이 되며, 흡수에너지가 작게 된다.
세 번째, 노치에 깊이가 영향을 주었다. 동일한 조건하에, 노치에 깊이가 깊을수록 충격치는 많이 감소한다.
네 번째, 시편폭에 영향을 주었다. 시험편의 동일한 치수하에 폭만 변화를 줄 경우 흡수에너지는 시편의 폭 증가에 비례하여 변한다.
6. 결론 및 고찰
6.1 실험 결과를 비교 분석하시오
: 실험에 사용된 3개의 시편은 서로 다른 모양의 노치 형태를 가지고 있었다. 여기에 사용된 시험편 중 시험편1과 시험편3은 노치의 파인 깊이가 같고 시험편2는 깊이가 둘과는 달랐다. 시험편1과 3의 깊이가 같았기 때문에 충격치 구할 때 단면적이 같 았지만, 충격치 값과 흡수 에너지 결과값은 같지 않았다. 서로 노치부의 모양이 달 랐기 때문에 이와 같은 결과가 나왔고, 여기서 알 수 있는 점은 끝이 평평한 노치 (시험편3)보다 끝이 뾰족한 V자형 노치(시험편1)의 뾰족한 부분으로 응력집중현상이 더 일어나 충격흡수가 덜 된다는 것을 알 수 있었다. 시험편1은 뾰족한 부분에서의 응력 집중으로 인해 가운데에서 균열이 시작되고 시험편3은 사각모서리부분부터 시 작해서 가운데로 균열이 진행되었다. 또한, 시험편3의 가운데에는 파단된 모양이 삐쭉하여 취성파괴가 일어났고, 바깥쪽은 맨들하여 연성파괴가 일어났다. 그 원인은 가운데와 바깥 가공처리 부분이 변형되면서 모멘트가 많이 걸리는 곳에 취성이 걸 렸기 때문이라고 생각되었다. 시험편1과 시험편2를 비교하면 단면이 작을 때 충격 치가 크고 단면적이 클 때 충격치가 작게 나오는데 이는 깊이가 클수록 충격치가 작아진다는 이론에 맞지 않았고(깊이 외 다른 조건은 모두 동일하다는 가정), 단면 적의 차이와 충격치의 차이가 비례한다는 이론에도 맞지 않았다. 이는 공기의 저항, 마찰등을 고려 하지 않아 이런 결과가 나온 것 같다.
6.2 실험을 통해 알게 된 것과 궁금하게 된 것을 쓰시오
: 이 실험을 통해 충격시 시편에 응력집중이 되는 곳이 어디인지, 파단된 단면을 보고 연성파괴와 취성파괴의 단면의 차이점을 알수 있었다. 또 노치의 형상의 둥글기가 작 을수록 응력집중이 커져 빨리 파단되고 충격 충격흡수가 덜 된다는 것을 알게 되었 다. 실험의 이론을 통해 동일조건하에 깊이가 클수록 충격치는 감소 한다는 것 또한 알게 되었다. 궁금하게 된 것은 동일한 조건을 두고 깊이를 다르게 하는 실험, 그 외 다른 변수를 고려한 실험 등을 실제로 실험에 보아 이론과 같이 나오는지 확인해보고 싶다는 궁금을 자아냈다.
7. 참고문헌
1. Willam Callister, "재료과학과 공학", 3th edition, wiley, 1995
2. 한국표준협회, “Charpy 충격 시험기(KS B 5522)", 한국표준협회, 1992
3. 한국표준협회, “금속 재료의 Charpy 충격 시험-제3부:시험기 검증을 위한 Charpy V형 기준 시험편 준비 및 특성(KS B 5544)", 한국표준협회, 2003
4. 황호만, 한문식, “기계재료”, 淸文閣, 2002

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