strain 측정 실험 보고서

소개글

strain 측정 실험 보고서에 대한 보고서 자료입니다.

목차

1. 실험 목적

2. 실험 이론

3. 실험 기구

4. 실험 방법

5. 실험 측정값 및 결과 분석

6. 결론 및 고찰

본문내용

7.2892224
3.179
0.5
9.384
9.111528
2.991
0.6
11.109
10.9338336
1.602
0.7
12.903
12.7561392
1.151
0.8
14.766
14.5784448
1.286
0.9
16.56
16.4007504
0.971
1
18.354
18.223056
0.718
표 12와 그림 10는 표10, 그림 8과 표 11, 그림 9의 결과를 비교한 결과로서 두 결과값의 상대오차를 계산하여 plot하였다. 그림 12의 그래프에서 빨간색의 결과는 실험을 통해 얻어진 strain을 이용하여 계산된 stress로서 작용하중의 증가에 따라 stress도 선형적으로 증가하였으며 검은색의 결과는 strain gage와 추의 하중작용지점까지의 거리를 이용하여 계산된 이론 stress로서 작용하중의 증가에 따라 stress도 선형적으로 증가하였다. 두 결과를 비교해 보면 실험을 통해 얻어진 stress가 이론값의 stress보다 미소하게 큰 결과를 보였다.
6. 결론 및 고찰
본 실험은 알루미늄 합금으로 이루어진 금속시편에 작용하중을 증가하면서 발생되는 strain을 측정하여 계산한 실험값과 이론적으로 계산된 결과를 비교, 검토하는 과정으로 이루어 졌다. 결과적으로 실험값과 이론값의 결과는 금속시편에 작용하는 하중이 증가할수록 금속시편에 발생되는 stress가 선형적으로 증가하는 결과를 확인 할 수 있었다. 본 실험을 진행하면서 우리가 그 동안 숙지해온 재료역학 수식을 이해하고 이것을 실험과 비교해 봄으로서 실험과정에서 발생할 수 있는 오차와 작용하중이 시편의 strain에 미치는 영향을 확인 할 수 있었다. 또한 strain gage가 작동되는 원리에 대한 이론을 익히면서 전류, 전압과 load와의 관계를 생각해 볼 수 있었다. 즉 성공적인 분석을 할 수 있을만한 결과를 얻었다고 생각한다.
실험 결과로서는 100g의 측정치에 대한 오차가 6.019%라는 큰 오차가 나왔으나, 전체적인 오차는 2~3%가량으로서 성공적인 결과값을 얻었다고 생각한다. 그러나 이는 우리가 실험전에 이론값이 실험값보다 클 것이라는 예상과 다른 결과를 보였다. 우리는 이러한 실험결과로 실험 과정에서 발생할 수 있는 각종 오차를 생각해 볼 수 있었다.
◎ 실험값과 이론값의 오차에 대한 고찰
본 실험에서 측정된 strain을 통하여 계산된 stress는 이론값보다 약 2.04% 큰 stress를 보였다. 이러한 오차를 발생하게 한 원인을 살펴보면
1. 시편의 자중에 의한 오차 - 실제 실험을 통해서 얻어진 결과값이 이론값보다 큰 이유는 이론값에서 적용되지 않은 시편의 자중에 의한 영향이 있을 것이다. 실험 시편이 일반적인 금속중에서도 밀도가 작은 편의 금속이지만 실제 실험에서 이러한 미세한 자중으로 인하여 발생되는 strain으로 실험값의 stress가 미세하게 클 수 있을 것이다.
2. Strain gage가 시편과 정확하게 평행으로 부착되지 않음으로서 발생 될 수 있는 오차 - strain gage가 시편과 정확하게 평행으로 부착되지 않으면 오차가 발생할 수 있다는 교수님의 조언에도 불구하고 strain gage의 크기가 너무 작고 실험 중 각도기가 없었기 때문에 정확하게 평행으로 부착하는 것이 매우 어려웠다. 실제 시편에 strain gage를 부착하고 난후 살펴본 결과 미세한 각도 차이가 있는 것을 확인 할 수 있었다. 이는 그림 11에서 볼 수 있듯이 실제 늘어간 길이는 로서 측정 변형률보다 실제 변형률은 조금 더 클 것이다. 이번 시편(Al6061)의 Poisson Ratio는 0.33으로서 계산해 보았으나 값이 1°내외이므로 차이가 거의 없으므로 이번 오차에 대해서는 큰 차이가 없을 것이다.
3. 1차 실험에서 발생될 수 있는 strain gage 고정 이동으로 인한 오차 - 본 실험의 과정에서 추와 시편을 연결하는 고정부의 무게를 보정하는 과정에서 생긴 문제로 2차 실험을 수행하여 최종적인 측정결과를 얻었다. 1차 실험에서 추를 올리는 과정에서 strain gage의 부착 부분이 미세하게 이동되어 발생하는 실험을 오차를 유추 해 볼 수 있을 것이다.
4. 너무 작은 값의 하중으로 인해 생긴 측정상의 오차 - 실험 결과에서 보면 특이한 것이 100g일 때에는 오차가 6.019%라는 큰 오차가 생겼다는 것을 알 수 있다. 다른 측정값들의 오차는 2~3% 내외인 것을 감안하면 가장 작은 하중의 경우에 생길 수 있는 오차에 대해 생각해 볼 수밖에 없다. 결국 너무 작은 하중을 가함으로서 측정기구가 정밀히 측정하기 어려웠다는 생각이 들게 된다. 100g이라고 하면 0.981N이라는 작은 힘을 가하게 된다. 가장 하중을 많이 가했을 때가 1kg (9.81N)이라고 감안한다면 그 편차가 매우 큼을 알 수 있고, 그에 따라 실험기구(Strain Instructor)가 100g을 감지하기가 어려웠을 것이다. 아래의 오차 그래프를 보면 점차 큰 하중을 가할수록 전반적으로 오차가 줄어드는 모습을 볼 수 있다. 물론 아예 정비례 하는 것은 아니나, 그에 대한 오차는 없지 않을 것이다.
5. Strain gage가 정확히 접착되지 않았을 경우에 대한 오차 - 실험한 시편을 자세히 보면 표면이 약간 울퉁불퉁 했던 것을 볼 수 있었다. 눈으론 거의 확인이 불가능했지만 빛에 비추어 보니 빛의 반사가 한 지점이 고르지 않았다는 것을 확인할 수 있었다. 접착하는 과정에서 순간접착제의 접착이 제대로 이루어지지 않아 생긴 문제라고 생각된다. 눈으로 확인할 수 없을 정도의 오차지만, 매우 미소한 양을 측정하는 실험이기에 오차가 생길 수 있는 여지는 충분하다고 생각된다.
⇒ 위에서 언급한 오차 이외에도 미세하지만 실험 결과에 충분히 영향을 미칠 수 있는 오차들이 많이 존재 할 것이다. 실험값과 이론값의 상대오차를 살펴보면 작용하중 100g일 경우가 6%로 가장 큰 오차를 보였다. 그리고 100g 씩 작용하중을 증가하면서 발생된 실험값과 이론값의 오차는 점차 감소하는 경향을 보였다. 결과적으로 평균 약 2.04%의 오차를 보였고 실험값이 이론값보다 전반적으로 미세하게 큰 값을 보였다.

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