[기계공학실험1] 인장 및 응력, 변형률 실험

소개글

시편에 직접 구멍을 뚫고 스트레인게이지를 부착한 뒤 인장시험기를 통해 시편을 인장시키고 얻은 데이터를 통해 응력과 변형률을 이론값과 비교하여 보는 실험

목차

1. 실험이론
1) 공칭응력
2) 진응력
3) Hooke의 법칙(Hooke's law)
4) 포아송비(Poisson's ratio)
5) 응력집중
6) 스트레인게이지(Strain gage)
7) 휘스톤브릿지
8) 바우싱거효과(Bauschinger effect)

2. 실험방법
1) 표면처리
2) 구멍뚫기
3) 스트레인게이지 부착
4) 납땜
5) 데이터측정

3. 실험결과
1) 시편의 크기 및 재료 물성치
2) Half bridge
3) Full bridge

4. 실험결과 분석 및 고찰

본문내용

O~A구간 : 선형구간에서의 기울기가 탄성계수 E(Young's Modulus)라고 하며 재료에 따라 다른 값을 가집니다.
B는 항복응력으로 이 응력을 넘어가고 부터는 소성변형이 일어나며 하중을 제거하여도 영구변형이 남습니다.
공칭응력(Nominal Stress) : (식)
진응력(True Stress) : (식)
인장의 경우에는 길이가 늘어날수록 단면적이 감소하기 때문에 (식)이 성립합니다.
인장시험 곡선에서 공칭응력은 최초 단면적을 사용하였기 때문에 더 높은 응력에서 파단이 일어나지만 실제 현상은 진응력으로 단면적이 계속 감소하기 때문에 낮은 응력에서 파단이 일어납니다.

< 중 략 >

다음과 같이 구할 수 있습니다. 각 값들을 살펴보면 이론값과는 차이가 있으나 무시할만한 정도의 작은 값인 것을 확인할 수 있습니다.
또한 Half Bridge와 Full Bridge 사이에도 차이 값이 발생하는데 이는 스트레인게이지가 재질의 온도변화에 영향을 받으며 Half Bridge가 Full Bridge에 비해 약 2배 더 민감하게 온도변화에 반응하고 시편이 인장·압축할 때 열에너지가 발생하게 됩니다. 이에 따라 오차가 반드시 발생하며 열에 더 민감한 Half Bridge보다 Full Bridge의 계산값이 이론값에 더 가까운 것을 확인할 수 있습니다.
Full Bridge가 이론값에 더 가까운 것은 맞지만 이론값과 오차를 계산하여 보면 인장인 경우 약 48%, 압축의 경우 약 51%정도의 오차를 가지며 이는 이론값과 상당한 차이를 보입니다. (Half Bridge의 오차 : 약 60%) 하지만 각각의 경우를 응력-변형률 그래프 선도를 그려보면 다음과 같이 선형의 경향성을 띄는 것을 확인할 수 있습니다. 이는 실험방법에서 문제가 있었다기보다 각 과정에서 여러 오차원인이 발생하였다고 생각 할 수 있습니다. 각각에 대하여 생각하여 보면 Strain gage를 부착할 때 본드의 두께에 의해 오차가 발생할 수 있습니다.

참고 자료

William D. Callister, JR & David G. Rethwisch, 재료과학과 공학 제9판(박 인규 외 3명 공역), 시그마프레스, 2015, pp. 227~228(Hooke의 법칙), 230p(포아 송비), 240p(진응력)
Barry J. Goodno & James M. Gere, SI재료역학 제9판(김옥환 외 8명 공역), CENGAGE Learning, 2017, pp. 31~33(인장시험곡선), 42p(Hooke의 법칙), 43p (포아송비), 201~203p(응력집중)
Serope Kalpakjian & Steven Schmid, 공업재료가공학 제5판(김낙수 옮김), 성진미디어, 2014, pp. 34(공칭응력), 35~36(인장시험곡선, Hooke의 법칙), 38~39(진응력), 53(바우싱거효과)
https://m.blog.naver.com/tkawns4537/220534485850 (스트레인게이지)
https://m.blog.naver.com/hafs_snu/220871645093 (휘스톤브릿지)
http://blog.naver.com/jouir_de_la_vie/220833025878 (휘스톤브릿지)