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1. 실험 목적
실험의 목적은 외력에 의한 단순보에 발생하는 처짐의 이론 내용을 정리하고, 다양한 하중조건과 지간길이 및 단면2차 모멘트를 고려한 실험을 통해 실험값과 이론을 비교 분석함으로써 구조물이 하중에 받았을 때의 처짐에 대해 알아보고자 하는 것이다. 단순보의 임의 위치에서 하중을 가해 각 조 마다의 지간 길이 L를 다르게 하며, 처짐량을 측정하고 이론값과 비교하여 오차율을 계산해 볼 것이다. 또한 단면적을 변화시켜 실험을 추가적으로 진행하여 보의 강성 변화에 따른 처짐 특성을 분석할 것이다. 이를 통해 구조물의 처짐 예측 및 설계에 활용할 수 있을 것으로 기대된다.
외팔보의 처짐, 단순지지 보의 하중에 대한 변위, 단순보의 지간별 처짐 상관관계, 그리고 보의 강성에 따른 모멘트와 곡률의 상관관계 등을 실험적으로 조사하고 이론값과 비교 분석함으로써, 실험 데이터의 신뢰성을 확보하고 실험 결과가 이론적 배경과 잘 부합되는지 확인하는 것이 실험의 주된 목적이다. 이를 통해 구조물의 처짐 해석에 필요한 기초 자료를 확보하고자 한다.
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2. 실험 내용
단순보의 처짐을 측정하기 위해 다양한 실험을 진행하였다. 외팔보의 처짐, 단순지지 보의 하중에 따른 처짐, 단순보의 지간별 처짐 상관관계, 보의 강성별 모멘트와 곡률의 상관관계 등을 확인하였다.
먼저 외팔보의 처짐을 측정하였다. 강철, 황동, 알루미늄 보를 각각 사용하여 클램프로 한쪽 끝만 고정한 뒤 반대편에 하중을 가하며 처짐을 측정하였다. 측정 결과, 강철 보의 경우 질량 증가에 따라 처짐이 0.3mm씩 증가하였고, 황동 보는 0.7mm씩, 알루미늄 보는 0.8mm씩 증가하였다. 이론값과 비교한 결과, 강철 보는 최소 0.315, 최대 7.856의 오차를, 황동 보는 최소 6.221, 최대 7.856의 오차를, 알루미늄 보는 최소 6.198, 최대 178의 오차를 보였다. 알루미늄 보의 경우 다른 재료에 비해 오차가 큰데, 이는 낮은 탄성계수로 인해 영구 변형이 쉽게 발생했기 때문으로 보인다.
다음으로 단순지지 보의 하중에 따른 처짐을 측정하였다. 알루미늄 보를 400mm 간격으로 단순지지 하고 중앙에 하중을 가하며 처짐을 확인하였다. 질량 100g일 때 0.68mm, 질량 증가에 따라 0.35mm씩 처짐이 증가하였다. 이론값과 비교한 결과, 최소 21.81, 최대 37.20의 오차를 보였다. 이는 보가 이미 위쪽으로 변형된 상태에서 하중을 가했기 때문에 실제 처짐이 이론값보다 작게 나왔기 때문으로 분석된다.
이어서 단순보의 지간별 처짐 상관관계를 실험하였다. 알루미늄 보를 사용하여 지간을 200mm에서 50mm씩 늘려 500mm까지 증가시키며 처짐을 측정하였다. 지간이 200~350mm일 때 처짐은 0.26mm에서 시작하여 질량 증가에 따라 0.3mm씩 늘어났고, 400~500mm일 때는 1mm씩 증가하였다. 실험 결과와 이론값을 비교한 결과, 최소 18.74, 최대 27.29의 오차를 보였다. 단순 보의 처짐은 지간의 3제곱에 비례한다는 이론을 실험 결과가 뒷받침하고 있다.
마지막으로 보의 강성별 모멘트와 곡률의 상관관계를 실험하였다. 강철 보에 단부재하를 가하며 처짐, 탄성, 곡률 반경, 곡률을 측정하였다. 측정...
