Rosette Strain Gage 실험

소개글

Rosette Strain Gage 실험에 대한 보고서 자료입니다.

본문내용

도 저항값의 변화를 보이게 된다. 이 때의 저항 변화는 다음의 식 (3)과 같이 나타난다.
(3)
where, a : Normal Strain along axial direction of Strain Gage
t : Normal Strain along transverse direction of Strain Gage
s : Shearing Strain
Ka : Gage Factor(Sensitivity) of Strain Gage to axial Strain
Kt : Gage Factor(Sensitivity) of Strain Gage to transverse
Strain
Ks : Gage Factor(Sensitivity) of Strain Gage to shearing
Strain
식(3)에서 알 수 있다시피, Strain Gage를 통해 측정되는 저항 변화에는 순수한 길이 방향 성분 이외의 다른 방향 성분들이 있으며, 이러한 길이 방향 이외의 성분들은 Strain 신호 측정에 있어서의 잡음(Noise)으로 작용하게 된다. 이들 길이 방향 외의 성분들 중, 전단 변형(Shearing Strain)에 의한 영향은 일반적으로 매우 작은 것으로 간주되어 무시하고 있다.
따라서 좀더 정확한 측정을 위하여 3방향의 Rosette Strain gage를 사용한다.
45strain rosette aligned with the x-y axes, i.e., a = 0, b = g = 45.
Strain Measurement
1. Strain gage 부착방법에 따라 측정하고자 하는 물체에 부착한다.
2. Strain gage terminal을 Strain gage의 선과 연결시킨 후 Strain gages Switching and Balancing Box와 각각 연결한다.
3. 1개의 strain gage를 사용하므로 single type으로 연결한다.
4. Strain gages Switching and Balancing Box와 Strain Indicator를 연결한 후 각각의 Strain gage에 대한 balance를 맞춘다.
5. 하중을 가한 후 strain의 변화량을 측정한다.
최대주변형률, 최소주변형률, 주변형률방향, 최대전단변형률, 최대주응력, 최소주응력, 최대전단주응력을 계산하는 방법은 아래와 같다.
철의 일반적인 탄성계수와 Poison 비는 약 2.1*10^6 kg/cm2 와 0.28~0.3으로 알려져 있다.
결론
두 가지 하중에 따른 각 지역의 Strain 을 측정하고 다음의 데이터를 완성하시오
E(kg/cm2)
L(mm)
b(mm)
h(mm)
l(mm)
350
50
2
160
Force1
Force
Measurement
Strain 1 (0)
Measurement
Strain 2 (45)
Measurement
Strain 3 (90)
10N
평균
Force
Measurement
Strain 1 (0)
Measurement
Strain 2 (45)
Measurement
Strain 3 (90)
15N
평균
Force2
Force
Measurement
Strain 1 (0)
Measurement
Strain 2 (45)
Measurement
Strain 3 (90)
20N
평균
Force3
DATA 를 바탕으로 실험에 사용한 beam의 최대주변형률, 최소주변형률, 주변형률방향, 최대전단변형률, 최대주응력, 최소주응력, 최대전단주응력을 구하시오.
*10N일때
0.000261971
-0.000138971
0.000400943
508.33929
-139.33929
462.6275
P=10N
M=1.6Nm
l=0.16m
=10N
O O
(-)
P=10N
전단력선도(SFD)
O O
(-)
Pl=1.6Nm
모멘트선도(BMD)
*15N일때
0.000385843
-0.000196843
0.000582686
754.13171
-187.1317
672.331
P=15N
M=2.4Nm
l=0.16m
=15N
O O
(-)
P=15N
전단력선도(SFD)
O O
(-)
Pl=2.4Nm
모멘트선도(BMD)
*20N일때
0.000502426
-0.000262426
0.000764852
977.7658
-257.7658
882.5226
P=20N
M=3.2Nm
l=0.16m
=20N
O O
(-)
P=20N
전단력선도(SFD)
O O
(-)
Pl=3.2Nm
모멘트선도(BMD)
고찰
이번 실험은 외력에 의한 빔의 변형량을 측정하여 응력과 여러 변형률을 알아보는 실험이었다. 이론으로만 배웠던 개념들을 실험을 통해 직접 확인을 해 볼 수 있었다. 스트레인 게이지에서 저항의 변화에 의해 빔의 변형량이 측정되면 인덕터로 바로 변형량의 값으로 변환되서 따로 계산절차 없이 변형량을 확인할수 있다. 측정된 변형량 값 만으로 빔에 작용하는 주응력, 전단 주응력, 주변형률의 값 등을 구해 볼 수 있었다.
실험치가 이론치와 얼마나 차이 나는지는 직접 확인할 수 없었지만. 실험 횟수를 많이 해서 그 값을 비교한다면 평균적의 빔의 특정 값 들을 찾아 낼 수 있을 것이다.
실험 중에 작용할 수 있는 여러 가지 오차의 원인을 살펴보면, 변형량을 가장 직접적으로 받아들이는 스트레인 게이지의 부착위치나 얼마만큼의 접착제로 어떻게 접착되어 있는지가 가장 큰 영향을 미칠 것이다. 그리고 휘스톤 브릿지나, 전선, 측정 장치 내부의 여러 가지 저항에 의해서 영향을 받을 수 있다. 그러므로 실험전 충분한 켈리브레이션이 필요하다. 반복되는 실험에 의한 빔 자체가 이미 많이 변형되어 있을 수도 있으므로 주의가 필요하다.
아니면 센서가 부착면에서의 변형이 실제 빔의 변형을 읽어내지 못하는 것이 오차의 한 예일 수 있다. 또한 실험치 계산에 필요한 E(young's modulus)값이 실험장치에 사용된 빔의 것과 동일한지 여부도 확인해 보아야할 사항으로 생각되어진다.
※참고 문헌※
Figliola, R. S. and Beasley, D. E. ,"Theory and Design for Mechanical
Measurement" ,3rd Edition, John, Willey
재료역학, 김희송저, 형설출판사

키워드

Rosette Strain Gage 실험,   Strain Gage,   Rosette