[재료역학실험] 인장시험

목차

1. 인장시험의 목적

2. 인장시험의 이론
　(1) 공칭응력
　(2) 공칭변형률
　(3) 항복의 측정
　(4) 인장강도
　(5) 연신율과 단면수축율의 측정
　(6) nominal & true stress-strain curve

3. 인장시험의 실험방법

4. 인장시험의 결과

5. 인장시험의 고찰 및 결론

6. 참고문헌

본문내용

증가하면 A는 감소되는 것을 알 수 있다. 따라서 단면이 수축하기 때문에 보정을 해야한다.
따라서 true stress를 , 단면의 수축을 무시한 nominal stress를 이라고 하면,
이므로, 이 식에서 P를 소거하면
따라서 을 알고 있으면 true stress 는 산출할 수가 있다.
단면의 수축을 생각한다면 진변형률 (true strain)을 구하는 식은 다음과 같다.
이 방법으로 구한 stress-strain curve를 true stress-strain curve(진응력-변형률선도)라 한다.
공칭변형률과 진변형률과의 관계식
==
따라서, 이고 ε= 이다.
가정 : 시편의 부피는 일정하고 변형률은 균일하게 분포 한다.
Hooke's Law
homogeneous linear-elastic isotropic에 대해
E: 탄성계수 (elastic modulus), : 응력(stress), : 변형률(strain)
탄성계수(psi또는 MPa)= 탄성 범위내의 응력/ 변형률 비(응력-변형률 곡선의 기울기)
인장강도(psi또는 MPa)= 응력-변형률 곡선상의 최대응력변형률 0.2% offset에서의 항복강도= 소성변형률이 0.2%인 곳에서 응력-변형률 곡선과 평행선이 만나는 응력파괴 시까지의 연신율(%)= {(최후길이-최초길이)/최초길이}*100 파괴 시까지의 단면적 감소율(%)= {(최초단면적-최후단면적)/최초단면적}*100
3. 인장시험의 실험방법
(1) 실험에 대한 전반적인 방법설명
재료가 파괴되기 직전까지 하중, 변형량, 응력등의 Data를 수집하기 위해서 하는 실험이며, 실험방법은 재료를 수직방향으로 인장을 받아도 간극이 생기지 않게 고정시킨 후 축방향의 일정한 인장하중을 가하면서 실험을 진행하는 방식이다.
(2) 시험편의 형상(규격) : KS 4호
(3) 실험장치의 제원 및 배치도
◎인장시험기(U.T.M 또는 만능시험기)
·제조 국가 : KOREA
·제조 회사명 : 대경기계
·최대 인장하중 : 30 ton
·모델명 : DTU-900MH 300 kN
·작동방식 : 기계식
·회사 홈페이지 : www.idtnt.com
(4) 측정방법
① 표준시편 KS 4호 규격에 맞는 시편을 준비한다.
② 시험편의 평행부에 표점(gauge mark)을 만든다.
③ 시험편이 충분히 들어갈 수 있게 위, 아래 틈을 스위치를 이용해서 벌린다.
④ 조에 시험편을 물릴 때 시험편을 조의 2/3 이상 물리도록 하고 조에 시험편을 물리는 순서는 아래쪽을 가볍게 고정시킨 후 위쪽을 먼저 시험편이 움직이지 않도록 충분히 고정시킨 후에 아래쪽을 충분히 고정시킨다. (컴퓨터 화면내의 하중이 증가하면 Zero 점을 계속 클릭하여 하중 0을 맞춰준다.)
⑤컴퓨터 화면내의 Start 버튼을 눌러 관찰하며 실험에 임한다.
4. 인장시험의 결과
(1) 실험 전 및 후의 시험편 치수 기록
단위 : 표점거리, 외경(mm) / 단면적(mm²)
구분
표점거리
외경
단면적
시험전
시험후
시험전
시험후
시험전
시험후
인장시험
50
60
14
9.3
153.93
67.93
(2) 실험에서 얻어지는 하중과 변형 곡선 (P-δ 곡선)
구분
항복하중
최대하중
파단하중
인장시험
4130.81
4670.59
3487.14
단위 : 하중 (kgf)
(3) 측정 결과의 계산
가) 강도 및 연신율의 계산
단위 : 강도 (kgf/mm²) / 연신율, 단면수축율 (%)구분
항복강도
인장강도
연신율
단면수축율
인장시험
26.84
30.34
20
56
Py σy : 항복강도
∴ σy=─── Py : 항복하중
A A : 시험전 단면적
PM PM : 최대하중
∴ σt=─── σt : 인장강도
A A : 시험전 단면적
lf-lo
∴ εf=───×100(%)
lo
A-Af
∴ f=───×100(%)
A
나) 탄성계수
σ
E=──= 134.2 kgf/mm²
ε
∴ E = 134.2 kgf/mm²
다) 실험결과에서 얻어진 공칭응력(Engineering stress)- 공칭변형률(Engineering strain)의 곡선
(4) 파단면의 형상
5. 인장시험의 고찰 및 결론
응력-변형률 선도의 그래프로 나타내었을 때 그래프 상으로는 항복점을 찾을 수가 없었다. 이럴 때 내력이 사용된다. 0.2%offset 방법으로 항복강도를 26.84kgf/㎟로 정할 수 있었다. 기계식에 의해 시편에 하중을 가하는 인장시험기를 이용하여 내력, 인장강도, 연신율, 파단 연신율, 단면 수축율 등을 측정할 수 있었다. 이번 시험은 많은 기계적 성질을 얻을 수 있었다. 이 시험을 통해서 연신율이나 단면 수축율이 작게 나온 재료는 노치가 있는 기계 부품이나 구조물에 사용하지 않아야 한다. 또한 인장 시험은 단축시험이므로 복합적인 응력, 즉 압축, 전단, 공진에 의한 에너지 증가 등으로 파괴가 예측한 것보다 더 쉽게 발생할 수 있으므로, 기하학적인 압축, 전단 등 다른 요소가 고려되어야 할 것이다. 그리고 많은 데이터가 나와 있으나 주로 공업용이나 산업용 재료로 편중되어 있으므로 앞으로 개발되는 신소재나, 과거 복합 합금 측정으로 단순화한 가정보다 일반적인 가정을 전제로 한 시험을 해야 할 것이다. 아래의 표를 통해 우리가 시험을 위해 사용한 시편의 재료는 반연강이 가장 유력함을 알 수 있다.
구 분
탄소함유량
인장강도(kgf/㎟)
항복강도(kgf/㎟)
연신율(%)
경도(HB)
특별 극연강
< 0.12
32～36
8～28
40～80
95～120
극 연 강
0.13～0.20
36～42
20～29
30～40
80～120
연 강
0.20～0.30
38～48
22～30
24～36
100～130
반 연 강
0.30～0.40
44～55
24～36
22～32
120～145
반 경 강
0.40～0.50
50～56
30～40
17～ 30
140～170
경 강
0.50～0.70
58～70
34～46
14～26
160～200
최 경 강
0.60～1.50
65～100
35～37
11～20
186～235
6. 참고문헌
·기계재료학 : 서창민 / 원창출판사
·금속재료 실험 : 김학윤 외 4명 / 기전연구사
·최신재료학 : 김정근 외 2명 / 도서출판 골드
·기계재료학 : 김정규 외 2명 / 문운당

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