고체역학 비틀림 실험

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고체역학 비틀림 실험에 대한 보고서 자료입니다.

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28
3.484900973
0.558
22.06865121
2.972057467
0.658
23.6578242
3.186076594
0.758
21.4132586
2.8837936
0.858
19.96089262
2.688198721
G = 3.4 Pa
k = 18.381 kg*m/rad
(4) 알루미늄 의 Angle-Torque 그래프
무게(kg)
k(kg*m/rad)
G(Pa)
0.158
31.24414777
4.207751611
0.258
34.01261656
4.580590361
0.358
23.59790064
3.178006491
0.458
25.87670828
3.484900973
0.558
22.06865121
2.972057467
0.658
23.6578242
3.186076594
0.758
21.4132586
2.8837936
0.858
19.96089262
2.688198721
G = 38.85 Pa
k = 18.575 kg*m/rad
교재의 G값 26-30 GPa 과 엄청난 오차를 가진다.
(5) 검은색 폴리머 의 Angle-Torque 그래프
무게(kg)
k(kg*m/rad)
G(Pa)
0.158
15.62207389
1.620335403
0.258
14.57683567
1.511922365
0.358
12.87158217
1.335051954
0.458
12.0757972
1.25251243
0.558
11.03432561
1.144490069
0.658
11.8289121
1.226905288
0.758
11.99142482
1.243761251
0.858
11.70121291
1.213660214
G = 1.32 Pa
k = 10.897 kg*m/rad
6. 결과 분석
실험 중 추의 무게를 늘렸다가 추를 모두 뺐을 때 각도가 정확하게 처음 자리로 돌아가지 않았다. 이를 보고 재료가 항복점을 지났음을 알 수 있었다.
폴리프로필렌은 k값이 7.491로 알루미늄의 k값인 18.575보다 훨씬 작았다. 이는 같은 각도를 비틀기 위해서 알루미늄은 폴리프로필렌보다 더 많은 힘이 필요하다는 것을 알 수 있다.
재료의 Angle-Torque 그래프에서 각도와 토크가 비례하는 것을 볼 수 있었다. 하지만 몇 가지 오차원인으로 인해 교재의 G값과 실험 그래프로 구한 G와는 오차가 발생하였다.
[ 오차 원인 ]
(1) 에너지 손실
실제로 올리는 추의 무게가 재료를 비틀기 위한 힘으로 모두 가지 않고 열에너지, 소리 에너지 등으로 발산되었기 때문에 이론값과 정확하게 일치할 수 없다.
(2) 재료의 변형
실험을 하면서 재료가 항복점을 지났음을 알 수 있었다. 다른 실험에서도 이 재료로 실험을 많이 했기 때문에 재료가 교재의 값들과 오차가 발생했다. 또, 추를 올려놓을 때, 추를 서서히 놓지 않고 한 번에 내려놓기 때문에 원래 하중보다 더 큰 하중을 받은 것처럼 각도가 변하였다.
(3) 한계
비틀린 각도를 측정할 때, 정확하게 각도를 측정한 것이 아니고 사람의 눈으로 어림잡아서 기록하였으므로 여기서의 오차는 필수 불가결하였다.
7. 고찰
비틀림 실험은 시편에 모우멘트를 가해 재료가 변형하는 형태를 관찰하고, 비틀림 각도를 측정, 비교분석하여 비틀림 각과 모우멘트의 관계를 찾는 실험이다.
비틀림 실험은 인장실험 다음으로 기계공학 재료공학 등에서 널리 사용되는 실험이다. 앞으로 많이 사용해볼 시험기들과 재료들을 가지고 실험한다는 데서 큰 의미가 있었다.
실험 결과를 보면 오차가 거의 100%에 가까운데 여기서 실제가 이론과 많은 차이가 있을 수 있다는 것을 알 수 있었으며, 또 이론과는 달리 재료의 형태에 따라 값이 달라질 수 있다는 것을 알 수 있었다.

키워드

고체 ,   재료 ,   역학,   비틀림 ,   실험 ,   시편,   버니어캘리퍼스