[기계공학실험] 피로실험

목차

서 론

1.실험목적

2.실험이론

본 론

3.실험장치

4.실험방법

5.실험 시 유의사항

결 론

6.실 험 결 과

7.실 험 그 래 프

8.결과 분석 및 고찰

본문내용

tiple repeated stress) -d
그림 . 반복응력의 종류
3. 실험 장치
그림 2. 굽힘피로 시험기
그림 3. 피로시험 시편
4. 실험 방법
1. 실험을 시작하기 전에 본체의 수평을 맞춘다.
2. 수평을 맞춘 후 시험편을 고정한다.
3. 작동되기 전에 자동 스톱장치의 작동상태를 점검한다.
4. 카운터를 0으로 조절한 후 작동을 한다.
5. 추를 올려놓지 않은 상태에서 작동을 한 후 추를 축 걸이에 올려놓고 잭과 핸들을 이용하여 하중을 시험편에 전달시킨다.
6. 시편에 파단이 일어나면 자동 스톱장치에 의해 정지된다.
7. 카운터를 확인하여 반복횟수를 측정한다.
5. 계산법
중추무게(W), 한쪽 나이프 에지 간 거리를 1로 하면, 시험편에 가하는 모멘트(M)는
이 굽힘모멘트가 시험편 전체에 가해지므로 시험편의 지름을 d라고 하면 굽힘응력 는 다음과 같이 된다.
6. 실험 결과
1. 실험결과
- 굽힘 응력 : ,
- 반복 횟수 : 회전수(12400rpm), 로그를 취하여
7. S-N 곡선
8. 결과 분석 및 고찰
피로 파괴는 동적인 변동응력을 받는 구조물에서 나타나며 정적하중에 대해 항복강도나 인장강도보다 매우 낮은 응력상태에서 일어나고 모든 금속파손의 90%가 피로에 의해 일어나므로, 피로는 금속 파손의 가장 큰 파손 원인이며 아주 중요한 파손 형태이다.
이번 실험은 중앙에 17kg의 하중을 가하고 시편을 고정시킨 양쪽을 12700rpm으로 회전시켜 시험편에 인장응력과 압축응력을 반복적으로 받게 되어 시편이 피로로 인한 파괴를 일으키게 되는 것으로, 위에서 언급한 조건대로 실험을 진행하여 얻은 우리 조의 결과 값은 굽힘 응력이 이고, 회전수는 12400rpm이었다.
그리고 S-N 선도를 구하기 위해 다른 조의 실험조건 값을 이용하여 응력 및 회전수 계산하여 얻는 데이터로 S-N 선도를 그릴 수 있었고, 7과 같은 선도의 모양을 얻을 수 있었다. S-N선도는 대략전인 모양이나 데이터 값이 분포가 예로 보았던 책의 S-N곡선과 큰 차이를 보이지 않는 유사한 모양이 나왔다.
또, 데이터 값을 보고 비교해 보면 하중이 크면 클수록 회전수가 크게 감소하는 것을 알 수 있다. 이것은 재료의 파괴를 견딜 수 있는 허용전단응력 때문에 허용전단응력보다 더 큰 힘을 받으면 피로가 급격하게 일어난다는 점을 알 수 있었다.
피로 시험도 인장 시험과 마찬가지로 시험편을 가공하는데 있어서 어려움이 있었다. 선반을 이용하여 그림 3의 형상대로 시험편을 가공해야 했는데 실험데이터의 단면적에서 알 수 있듯이 단면적이 부분부분 제각각이고 우리조의 경우는 시험편을 가공하다가 시험편의 가운데 부분에 실수로 흠이 좀 나있었는데 이걸로 인해서 우리조보다 더 큰 하중을 주었던 조보다 우리 조가 더 작은 회전수에서 피로 파괴가 일어나는 결과가 나왔고 이것은 시험편에 압축과 인장응력이 작용할 때 시험편의 흠의 부분에서 응력집중이 발생되기 때문에 더 쉽게 파괴된 것이 아닐까 라는 생각이 들었다.
이번 실험을 하면서 시험편을 피로 시험기에 고정하는 일을 빼고는 힘든 일도 없었고, 실험도 큰 시간이 걸리지 않아서 생각보다 간단한 시험이었지만 직접 참여 할 수 있는 참여도가 좀 떨어지는 것이 좀 아쉬웠고 피로 실험을 통해 작은 응력으로는 재료를 단번에 파괴할 수는 없지만 가랑비에 옷 젖는 줄 모른다고 작은 응력이 반복해서 계속 작용할 경우 어떠한 파괴의 조짐도 없이 순간적으로 재료가 파괴하는 것을 알 수 있었다.
피로 파괴는 재료의 변형이 없이 순간적으로 파괴가 일어나므로 다리, 비행기 등등 각종 기계부품 등을 설계할 경우에는 피로시험을 통한 설계로 피로파괴로 인한 피해가 없도록 하여야 하겠다.

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