기계공학실험 - 광탄성 실험

소개글

기계공학실험 - 광탄성 실험에 대한 보고서 자료입니다.

목차

없음

본문내용

도에서 작용하는 주응력으로 변환한다. 그러므로 보의 축은 또 하나의 등경선 (45°등경선)이 된다. 이 밖의 등경선은 곡선이며 결정하기가 더욱 어렵다.
응력을 받고 있는 물체에 대하여 주응력의 크기와 방향을 많은 점에서 알고 있을 때 또 다른 곡선군을 그릴 수 있다. 접선이 주응력의 방향과 일치하면서 변화하는 곡선을 주응력궤적(principal stress trajectory) 또는 등력선(isostatic line)이라고 한다. 등경선과 같이 주응력궤적은 응력이 동일한 점을 연결한 것이 아니고, 주응력의 방향을 표시한다. 임의 점에서 주응력은 서로 직교하므로 두 개의 주응력에 대한 주응력 궤적은 직교하는 곡선군을 형성한다.
2.6 광탄성의 이용사례
광탄성 응력측정 실험장치
- 본 장비는 응력측정장치로써, 빛의 회절을 이용하여 응력분포를 가시화하는 장치이다.
위와 같이 응력측정을 하는데 사용될 수 있다.
3. 실 험 방 법
◎ 광탄성 감도 측정
(1) 에폭시 판재를 이용하여 광탄성 감도 측정용 인장 시편을 준비한다.
- 시편 : 두께 (t) =5.78mm
너비 (b) =10mm
(2) 가공된 시편을 이용을 하중장치에 장착한다.
(3) 보라색이 나올 때마다 물질무늬 차수를 기록한다.
(3) 탄성한도를 넘지 않는 범위까지 하중을 증가시키며, 이와 같은 방법을 3회 반복 한다.
(4) 아래 식을 이용하여 광탄성 감도를 계산한다.
- 계산식 -
2축응력에서 광탄성 감도
N : Fringe order, t : 시편의 두께(mm), : 주응력()
이다. 그런데 단순압축(인장)에서는 =0 이므로,
4. 실 험 결 과
(1) 결과 데이터
물질 무늬 차수(N)
눈금 (0.01mm)
하중 (N)
하중 (kg)
광탄성감도(α) (fringe·mm/kg)
0
0
0
0
0
1
28
70
7.135575943
1.401428571
2
55
137.5
14.01630989
1.426909091
3
64
160
16.30988787
1.839375
평균
1.555904221
이론값
1
오차 (%)
55.59042208
(2) 그래프
① N-변위 선도
② N-P 선도
③ N-α 선도
5. 고 찰
이번 실험은 광탄성에 관한 실험을 하였다. 처음 하는 실험이라 생소하고 어려운 것은 당연하지만 이번실험은 상당히 복잡하고 앞서 했던 실험보다 어려웠었다. 우리는 광탄성 실험을 통해 시편에 나타나는 응력 분포를 한눈에 볼 수 있었다. 또 광탄성의 무늬 차수로 응력을 해석할 수 있었다. 이것은 하중을 받는 투명한 강성체는 빛을 굴절 시킨다는 원리에 착안을 한 것이다. 같은 무늬 차수 부분은 같은 응력이 작용했고 무늬차수가 크면 응력이 커졌다.
이번 실험에서는 금속대신 에폭시 수지로 광탄성에 의한 응력을 해석하였다. 이렇게 이용할 수 있는 이유는 응력이 하중과 단면적 만의 함수이기 때문이다. 즉 재료가 어떤 물성치를 가지는가는 응력을 해석하는데 별로 영향을 안 미친다는 걸 의미한다. 노치 바로 위와 아래 부분에 세로 모양의 타원 꼴로 시편에 하중을 얼마나 가하든지 상관없이 응력을 받지 않는 부분이 있음을 빛 색깔로 알 수 있었다
이번 광탄성 실험을 통해 눈으로 볼 수 없는 내부 응력의 분포를 눈으로 확인 할 수 있어 응력 분포 변화에 대해 더 쉽게 이해할 수 있을 것 같았다. 하지만 결과에서 보면 오차가 상당히 큰 것을 볼 수 있었다. 이 실험에서 시편으로 사용한 에폭시는 감도가 1로 알려진 물질인데 그와 비교하니 55%가 넘는 오차가 생기는 것을 볼 수 있었다.
그 이유를 생각해 보면 실험 시 보라색 무늬 차수의 정확한 발생을 알아보기가 무척 힘들었다. 조교님의 설명을 들었지만, 이해하고 직접실행하기가 어려웠다. 실험의 목적상 새로운 무늬차수가 발생 시 압력의 증가를 멈추어야 하는데 실험자의 감각으로만 새로운 무늬차수의 발생을 알아낸다는 것이 사실상 어려워 미묘한 오차를 나타낸다고 생각된다. 때문에 빛을 매우 정확하게 분석 할 수 있는 정확한 측정장비가 있다면 오차를 크게 줄일 수 있다고 생각한다.
그리고 무늬차수의 정확한 발생순간을 포착해야 하는데도 정확한 발생순간을 측정하기가 어려웠다. 실제로 광탄성에 대한 사전 지식이 미비했고, 사람의 감각에 의해서만 시험을 실시한다는 것이 오차를 발생한 요인이 된 것 같다.
응력 분포도 그리기도 상당히 어려웠다. 처음 설명들을 때는 쉽게 생각했는데, 조금의 시간이 지나 다시하려 하니까 쉽지가 않았다. 이번 실험은 상당히 어려운 실험이었다고 생각한다.

키워드

기계공학실험 ,   광탄성,   실험,   광탄성 실험