소개글
"비틀림실험"에 대한 내용입니다.
목차
1. 실험 목적
2. 배경 이론
2.1. 비틀림 모멘트
2.2. 비틀림 강도
2.3. 비틀림 각
3. 실험 장비
4. 실험 순서
5. 실험 결과
5.1. 작용하중을 변수로 한 실험
5.2. 길이를 변수로 한 실험
6. 고찰
7. 참고 문헌
본문내용
1. 실험 목적
실험 목적은 봉의 비틀림 실험 기구를 통해 측정한 값과 이론값을 구해서 비교하고, 봉의 길이에 따른 비틀림 모멘트의 차이를 실험하여 비교하며, 강봉과 중공봉에서의 비틀림 모멘트의 차이를 실험하여 비교하고, 재질의 종류에 따른 비틀림 모멘트의 차이를 실험하여 비교하는 것이다.
비틀림 실험을 할 때 표면의 균일성을 확보하기 위해 실험 전에 시험편의 표면을 매끄럽게 가공해야 한다. 또한 일정한 속도로 토크를 가하면서 값을 측정해야 하지만, 편의를 위해 한번 비튼 후 일정 시간을 가지고 다시 비틀기를 한 것은 오차의 원인이 되었을 것이다.
이론값은 균일한 재료라는 가정 하에 도출된 것이지만, 실제 재료는 균일하지 않아 응력 분포가 균일하지 않고 평균을 내어 생각하는 것은 정확하지 않다. 따라서 실험값과 이론값의 차이가 클 수밖에 없었다.
또한 실험에서는 비틀림 외에도 다른 변수들, 예를 들어 뒤틀림이나 굽힘 등이 작용했을 것으로 보이며, 2차원적 해석이 아닌 3차원적 해석이 필요하다. 즉, 실험에서는 다양한 복합 변수들이 작용했기 때문에 실험값과 이론값의 차이가 컸던 것으로 보인다.
중실축과 중공축을 비교한 결과, 중공축의 비틀림 각 변화가 중실축에 비해 작은 것으로 나타났다. 이는 중공축의 극관성 모멘트가 중실축에 비해 작기 때문에 같은 토크에 대해 더 큰 비틀림 강도를 가지기 때문이다. 따라서 비틀림을 받는 구조물에는 중실축보다 중공축을 사용하는 것이 더 유리할 것으로 판단된다.
2. 배경 이론
2.1. 비틀림 모멘트
비틀림 모멘트는 축이 비틀림 변형을 받을 때 발생하는 모멘트이다. 축의 단면적과 재질의 특성에 따라 비틀림 모멘트의 크기가 달라지며, 이는 축의 비틀림 강도와 관계가 있다. 중실축의 경우 균일한 응력 분포를 가지지만, 중공축의 경우 단면계수가 더 크므로 같은 조건에서 중공축이 더 큰 비틀림 강도를 갖는다. 또한 비틀림 각은 작용하는 비틀림 모멘트와 축의 길이, 단면 특성에 따라 달라진다. 즉, 비틀림 모멘트가 증가하거나 축의 길이가 길어질수록 비틀림 각이 증가하게 된다. 이처럼 비틀림 모멘트는 축의 비틀림 변형에 직접적인 영향을 미치는 중요한 요인이다.
2.2. 비틀림 강도
비틀림 강도는 재료가 비틀림에 의하여 파괴될 때, 그때의 비틀림 모멘트 T로부터 계산에 의하여 구한 바깥 표면의 최대 응력을 말한다.[2] 즉, 재료에 비틀림 모멘트가 작용할 때 재료가 견딜 수 있는 최대 응력을 뜻하며, 이는 중요한 구조설계 인자로 활용된다. 중공축과 중실축의 비틀림 강도를 비교하면, 중공축의 경우 바깥지름에서 안지름을 빼주어 극관성 모멘트 J를 계산해야 하므로 중실축보다 작은 극관성 모멘트 값을 갖게 된다. 같은 바깥지...
참고 자료
James M. Gere 외1명, Mechanics of Materials, Cengage Learning, 김옥환 외2명(2011), SI 재료역학 7th
정남용(2013), 기계금속재료, 학진북스
이광식(2014), 전산응용 CAD 기계제도 기능사 필기 단기완성, 예문사
네이버 지식백과, 중공축, (도해〮기계용어사전(1990), 일진사)
http://terms.naver.com/entry.nhn?docId=413160&cid=368&categoryId=368
네이버 지식백과, 비틀림 모멘트, (토목용어사전(1997), 도서출판 탐구원)
http://terms.naver.com/entry.nhn?docId=623146&cid=554&categoryId=554
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