본문내용
1. 인장실험 REPORT
1.1. 서론
1.1.1. 실험목적
인장 실험은 재료의 인장강도, 항복점, 연신율, 단면수축률 등의 기계적인 성질과 탄성한계, 비례한계, 푸아송 비, 탄성계수의 물리적인 특성을 알아보는 가장 기본적인 실험이다. 이 실험을 통해 일반적인 만능재료 시험기와 Extensometer의 사용법을 익히고 그 작동원리를 알아보며 계산된 값들을 비교를 한다.
1.1.2. 실험결과 개요
인장실험의 실험결과 개요는 다음과 같다.
재료역학에 나오는 응력 변형률 선도를 분석하는 실험이었다. 그래프와 식을 통해 20mm인 속도와 30mm인 속도에 대해서 탄성계수, 변형률, 항복응력, 최대응력을 구하였다. 또한 오프셋을 통해 선형적인 부분을 추정하였다. 실험1의 경우 최대응력 409.79MPa, 항복응력 276.14MPa, 탄성계수 55.228MPa, 변형률 5%로 나타났다. 실험2의 경우 최대응력 402.893MPa, 항복응력 344.039MPa, 탄성계수 98.01MPa, 변형률 3.51%로 나타났다. 실험 결과를 통해 변형률 속도에 따라 기계적 특성값이 다르게 나타나는 것을 확인할 수 있었다.
1.2. 본론
1.2.1. 실험목적
인장 실험에서는 재료의 인장강도, 항복점, 연신율, 단면수축률 등의 기계적인 성질과 탄성한계, 비례한계, 푸아송 비, 탄성계수의 물리적인 특성을 알아보는 가장 기본적인 실험이다. 이 실험을 통해 일반적인 만능재료 시험기와 Extensometer의 사용법을 익히고 그 작동원리를 알아보며 계산된 값들을 비교를 한다.
1.2.2. 이론적인 배경
인장실험에서 재료의 역학적 특성과 물리적 특성을 알아보는 이론적인 배경은 다음과 같다.
인장실험에서는 재료의 인장강도, 항복점, 연신율, 단면수축률 등의 기계적인 성질과 탄성한계, 비례한도, 푸아송 비, 탄성계수의 물리적인 특성을 알아볼 수 있다. 이는 재료역학의 기본적인 실험으로, 재료의 거동을 이해하는데 중요한 실험이다.
실험을 위해서는 시험편을 만능재료시험기에 고정하고, 시험편에 가해지는 하중과 변형을 센서와 Extensometer를 이용해 측정한다. 이를 통해 하중-변위 선도 또는 응력-변형률 선도를 도출할 수 있다.
응력-변형률 선도에서는 탄성변형 구간, 항복구간, 변형경화 구간, 넥킹 구간 등을 확인할 수 있으며, 이를 통해 재료의 특성을 파악할 수 있다. 또한 응력과 변형률의 관계를 나타내는 식인 후크의 법칙, 진응력-진변형률 관계식 등을 활용할 수 있다.
이처럼 인장실험은 재료의 기계적, 물리적 특성을 확인할 수 있는 기본적인 실험으로, 이를 통해 재료의 거동을 이해하고 응용할 수 있다.
1.2.3. 실험장비
1.2.3.1. 시험편
인장실험에서 사용한 시험편은 KSB 0801에 의한 14호 시험편이다. 시험편 재료는 Alloy-2017로 항복응력은 195MPa, 인장강도는 355MPa이다. 시험편은 길이 6*42mm의 규격을 가지고 있으며, 단면적은 28.27 mm^2이다. 표점거리는 30mm로 설정되었다.
1.2.3.2. 만능재료시험기
만능재료시험기는 대개 전기식이나 유압식으로 나뉘는데, 전기식에서는 하중을 load cell 센서를 사용하여 측정하고, 유압식에서는 유압압력으로부터 하중을 구한다. 본 실험에서는 load cell 센서를 사용하는 전기식 만능재료시험기를 사용한 것으로 보인다.
만능재료시험기에서는 이동 크로스헤드이 상하로 움직이게 되며, 이에 따라 하중과 변위가 동시에 부여된다. 하중은 load cell 센서를 통해 측정되고, 변위는 크로스헤드의 이동 거리를 통해 측정되어 컴퓨터로 표시된다.
따라서 만능재료시험기는 단면적의 변화가 무시되는 시험 기구로, 공칭응력을 이용해 측정이 가능한 것으로 볼 수 있다.
1.2.3.3. Extensometer
Extensometer는 시험편의 변형을 직접 감지하여 변형률을 측정하는 기계장치이다. Extensometer는 시험편 표면에 직접 부착되어 변형을 감지하며, 이를 통해 보다 정확한 변형률을 측정할 수 있다. Extensometer는 일반적으로 두 개의 나이프 에지(knife edge)로 구성되어 있으며, 이 나이프 에지가 시험편에 밀착되어 시편의 변형에 따라 움직인다. Extensometer의 움직임은 전기적인 신호로 변환되어 변형률을 측정할 수 있게 된다. Extensometer는 시험편의 변형을 직접적으로 감지하기 때문에, 만능재료시험기의 공칭 변형률과는 다른 실제 변형률을 나타낼 수 있다. 따라서 Extensometer를 사용하면 보다 정확한 응력-변형률 관계를 파악할 수 있다.
1.2.4. 실험방법
실험방법은 다음과 같다.
시험편에 표점거리를 기입하고 만능재료시험기에 고정한다. 이때 시험편은 정확하게 S(20mm)가 모두 바이스에 고정되도록 한다. 그 후 표점거리에 extensometer를 부착한다. 영점핀을 제거한 뒤 U.T.M 프로그램에서 금속 인장 시험을 선택한다. 시험편의 규격(6*42), 시험속도(30mm/min),단면적(28.27 mm^{2}? ), 표점거리(30mm) 등을 설정한다. 설정이 완료되면 만능재료시험기와 extensometer를 동시에 작동시킨다.
실험 시 유의사항으로는 시험편이 단단하게 안 움직이게 고정되었는지 확인하고, 파단의 순간 Extensometer에 의한 전압값이 급격히 떨어지므로 유의해서 최대 순간 전압을 측정하도록 한다. 또한 안전거리를 유지하며 실험을 진행해야 한다.
1.3. 실험결과 및 정리
1.3.1. 실험결과 표 작성
실험결과 표 작성에 대한 내용은 다음과 같다.
실험1(20mm)와 관련된 실험결과 표를 작성하면, 최대응력 11584N, 항복응력 276.14MPa, 탄성계수 55.228MPa, 변형률 5로 나타난다. 실험2(30mm)와 관련된 실험결과 표를 작성하면, 최대응력 11389N, 항복응력 344.039MPa, 탄성계수 98.01MPa, 변형률 3.51로 나타난다. 실험 1에서 변형률 5를 선정한 부분의 항복응력 값을 기반으로 계산하였으며, 실험 2에서는 변형률 3.51을 선정하여 항복응력을 구하였다. 이와 같은 방식으로 두 가지 속도에 대한 실험 결과를 정리하였다.
1.3.2. 응력-변형률 선도
응력-변형률 선도는 인장실험에서 재료의 기계적 특성을 나타내는 중요한 그래프이다. 이 선도에는 재료의 탄성구간, 항복점, 극한강도 등의 정보가 포함되어 있다.
실험 1(20mm)와 실험 2(30mm)에서 얻은 응력-변형률 선도를 통해 다음과 같은 특성을 확인할 수 있다.
실험 1(20mm)의 경우, 비례한도 값 276.14MPa에서 항복응력이 관찰되었고, 탄성계수는 55.228MPa로 계산되었다. 또한 최대응력은 409.79MPa로 나타났으며,...
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