압축시험실험이론실험목적시험을 통해 압축응력-압축변형률 관계를 얻을 수 있음압축하중 시에 강도, 변형특성 등을 구할 수 있음소형/저용량 압축시험 장치를 구성하고 연질 점탄성 소재의 압축시험을 수행압축시험을 수행하면서 측정한 압축력, 압축변형량과 시편 형상(단면적, 초기 길이 등) 정보를 이용하여 압축응력과 압축변형률을 계산하고 이를 응력-변형률 선도로 표현한다.압축응력-변형률 선도로부터 시편의 압축강성을 계산한다.2. 관련 용어 설명압축응력재료에 압축의 하중을 가했을 때, 그 크기에 저항하여 재료 내에 생기는 저항력을 압축응력이라 한다.응력은 단위 면적 당 하중으로 정의된다. 단위는 N/m^2 또는 Pa로 정의 된다.응력 : 시그마 = F/A압축변형률외력에 의해 물체 내부에 생긴 내력의 발생에 따라 물체에 생긴 변형량과 원래 길이에 대한 비율을 변형율이라 한다.변형률은 단위 길이 당 길이의 변화로 정의되며 무단위이다.변형률 : 입실론 = 델타/L_0 (델타 : 늘어난 길이 / L_0 : 원래 길이)점탄성변형시 점성과 탄성을 같이 보이는 성질이다.응력완화소재에 변형이 가해졌을 때 소재 내부에 발생하는 응력이 시간에 따라 감소하는 현상Polydimethylsiloxane(PDMS)특성투명하고 유연함낮은 표면에너지우수한 전기절연성비활성 물질, 우수한 화학적 안정성점탄성 재료(점성과 탄성을 모두 가지고 있음)소포제, 윤활제, 이형제, 광택제, 첨가제, 절연유, 가소제 등기계, 전기, 바이오, 의료, 광학 등 다양한 분야에서 널리 활용되고 있다.실험장치 설명Compression (Linear Stage)선형 스테이지를 이용하여 시료에 압력을 가하는 장치이다.시료의 변형이나 압축 특성을 테스트할 때 압력을 조절하고 정밀하게 가할 수 있다.실험방법compression시편을 압축시험 장치에 설치한다.80마이크로 m/s의 속력으로 하중을 천천히 가한다.시편에 가하는 힘을 측정한다.relaxation시편을 압축시험 장치에 설치한다.40mm/s의 속력으로 하중을 빠르게 가한다.시편에 가하는 힘을 측정한다.실험결과 및 고찰압축시험 : 속도 80um/s(그래프1.1)(그래프1.2)(그래프 1.1) (그래프 1.2)는 속도를 80um/s로 맞춰 압축을 천천히 한 그래프이다. (그래프 1.1)은 시간에 따른 압축응력의 변화 선도인데 시간에 따라서 압축응력의 크기가 계속 커지는 것을 알 수 있다. 압축응력 시그마는 F/A이다. 이는 하중이 계속 커지면 압축응력이 계속해서 커진다는 것을 의미한다.(그래프 1.2)는 압축변형률에 따른 압축응력의 선도이다. 이 그래프에서는 일정한 하중 변화가 일정한 압축변형률을 만들고 일정한 압축응력이 생긴다는 것을 알 수 있다.(그래프 1.3)(그래프 1.3)을 통해서는 압축강성을 구할 수 있다. 압축강성은 재료가 압축력을 받을 때 얼마나 저항하는지를 나타내는 성질이다. 압축강성은 구조물이나 기계 설계에 쓰이는 재료의 적절 여부를 판단하는 중요한 기준이 된다. 예를 들어 고층 건물의 기둥 등에서는 압축강성이 매우 높은 재료를 필요한다. 이번 실험에서의 재료 PDMS의 압축강성은 탄성계수를 통해 구할 수 있다. (그래프 1.3)에서의 PDMS의 초기 탄성계수는 254.7*10^3N/m이다. 기둥과 같은 주요 구조물에는 일반적으로 수십 kN/mm 이상의 압축강성을 갖는 재료가 사용되는데 PDMS는 254.7N/mm의 압축강성을 갖기에 주요 구조물에는 쓰이기에 적합하지 않다는 것을 알 수 있다.응력완화 압축시험 : 속도 40mm/s(그래프1.4)(그래프1.5)(그래프 1.4) (그래프 1.5)에서는 하중의 속력을 40mm/s로 하여 시편에 하중을 가한 상태를 표시한 선도들이다. (그래프 1.4)에서는 시간에 따른 압축응력의 선도이다. 이 그래프에서는 1초 부근에서의 압축응력은 최대치를 찍고 압축응력이 완화되어 일정 압축응력을 유지하는 것을 볼 수 있다. (그래프1.5)에서는 시간에 따른 압축변형률을 나타낸 선도이다. 일정시간 동안 압축변형률이 유지되는 것을 볼 수 있다.결론하중 속력을 달리 하여 압축 시험을 통해 Polydimethylsiloxane(PDMS)의 특성을 알 수 있었다. 80um/s의 속력으로 일정한 하중을 가하여 변형이 어떻게 일어 나는지 알 수 있었고 이를 통해 구조물의 재료 선정에 중요한 압축 강성의 값을 구할 수 있었다. PDMS는 압축강성의 값이 작아 일반적인 건물의 주요 재료가 될 수 없다는 것을 확인할 수 있었다. 그리고 40mm/s의 속력으로 하중을 가하는 응력완화 압축을 통해서는 PDMS 재료의 특성을 더 잘 확인할 수 있었다.
1.실험 이론1)실험목적-낙구점도계를 사용한 점도 측정을 하고 디지털 점도계의 측정값과 비교하여 오차를 계산하여, 오차의 원인을 분석한다.2)점성계수-액체의 점성의 강약을 나타내는 수치로 점성율이라고도 한다. 이는 유체의 종류에 따라 다르며, 온도의 영향이 크다.-온도가 증가하면 일반적으로 액체의 점성계수는 감소, 반면 기체의 점성계수는 증가를 한다. 3)레이놀즈수-무차원수로 관성력과 점성력의 관계로 나타낸다.-레이놀즈수는 유체의 흐름을 나타내는 지표이다.-레이놀즈수가 증가할 수록 유체의 움직임이 불완전해 진다.-정의식-Re가 작은 경우(Re<1)●마찰려과 압력힘의 평형●관성력은 무시할 정도로 작음4)부력-물체가 유체에 완전히 또는 부분적으로 잠겨있을 때, 물체에 작용하는 유체 힘의 합력-깊이에 따른 유체 압력의 차이때문에 위로 향하는 수직력이 발생한다.-부려 공식 5)항력, 양력-항력 : 유체가 유동방향으로 물체에 가하는 힘6)스토크스의 법칙-유체 중을 운동하는 입자가 받는 저항을 나타내는 법칙-반경 r의 구가 점성계수 η 의 유체 중을 속도 v로 움직일 때 구에 F = 6πηrv의 저항이 작용한다.-레이놀즈 수가 거의 1 이하인 경우에 성립한다.2.실험장치 설명1)낙구 점도계- 측정원리 : 밀도를 알고 있는 구를 알고자하는 유체가 채워져 있는 실린더 내로 낙하시켜 일정거리를 낙하하는데 필요한 시간을 측정하여 유체의 점도를 구한다.
인장시험실험이론실험목적재료의 인장력에 대한 탄성적 성질, 소성변형 저항 및 파단 강도, 인장강도, 항복강도, 연신율, 단면수축율, 탄성한도, 비례한도 등을 측정한다.관련 용어 설명응력재료에 압축, 인장, 굽힘 등의 하중을 가했을 때, 그 크기에 저항하여 재료 내에 생기는 저항력을 응력이라 한다.응력은 단위 면적 당 하중으로 정의된다. 단위는 N/m^2 또는 Pa로 정의 된다.응력 : 시그마 = F/A변형률외력에 의해 물체 내부에 생긴 내력의 발생에 따라 물체에 생긴 변형량과 원래 길이에 대한 비율을 변형율이라 한다.변형률은 단위 길이 당 길이의 변화로 정의되며 무단위이다.변형률 : 입실론 = e/L_0 (e : 늘어난 길이 / L_0 : 원래 길이)탄성계수탄성물질이 응력을 받았을 때 일어나는 변형률의 정도를 나타낸 것이다.응력과 변형률의 비가 탄성계수이다.재료를 어느 정도 이상으로 늘리게 되면 다시 원래의 모양으로 되돌아가지 않게 되는데 이처럼 원래의 형태로 되돌아갈 수 있는 힘의 범위를 ‘탄성 한계’라고 한다.탄성계수의 단위는 응력의 단위와 동일하다.소성힘을 받아 모양이 변형되고 난 후 힘이 사라져도 다시 원래의 모양으로 돌아가지 못하고 변형된 모양으로 남아 있는 성질.소성은 탄성과는 반대되는 성질로, 탄성한계보다 더 큰 힘을 받은 용수철은 더 이상 탄성을 가지지 못하고 소성만 가지게 된다.Hooke의 법칙고체에 힘을 가하여 변형시키는 경우, 힘이 어떤 크기를 넘지 않는 한 변형의 양은 힘의 크기에 비례한다는 법칙이다.탄성 한계 이상으로 힘을 주게 되면 탄성체의 변형은 응력에 비례한다는 법칙인 Hooke의 법칙은 성립하지 않게 된다.시그마 = E*입실론 (E : 탄성계수 : 응력-변형률 선도의 직선 기울기)항복응력응력이 어떤 한계를 넘었을 때 변형이 급격히 증대하는 경우가 생기는데 이 현상을 항복이라 하고 그 한계응력을 재료의 항복응력이라 한다.실험장치 설명인장시험기재료의 인장시험에 사용되는 시험기시험편에 주로 정적 인장 하중을 가해 기계적 성질을 측정하는 시험기실험방법시편을 인장시험기에 설치한다.인장하중이 게이지 상에 ‘0’이 되게 조정한다.인장하중을 가한다.파단 후, 파단의 단면을 확인한다.시험 전, 후의 시험편을 비교, 분석한다.실험결과 및 고찰시편1 : 넓이 10.5mm 시편시편2 : 넓이 12.5mm 시편시편 2의 인장시험 전, 후의 사진(그림1.1)(그림1.1)에서 보이는 시편들은 같은 넓이, 두께를 가진 시편이었고 인장시험 전(왼쪽 시편), 인장시험 후(오른쪽 시편)의 시편들을 비교해 놓은 사진이다. (그림1.1)을 보면 인장시험 전과 후의 시편의 길이가 다르다는 것을 알 수 있다. 인장시험 후의 길이가 더 길어졌다는 것을 알 수 있는데 인장시험 전의 길이는 69mm, 인장시험 후의 길이는 73mm로 4mm정도 차이가 나는 것을 알 수 있다.시편2에 인장하중을 가하면 하중을 가한 방향으로 재료는 늘어나게 되고 동시에 응력의 수직방향으로는 단면적 수축이 일어나게 된다. 이렇게 인장시키면 축방향 변형과 수직방향의 변형률이 일정하게 유지되는데 이 비율을 Poisson 비 라고 한다. 따라서 시편2의 Poisson 비는 (수직 방향의 변형률)/(축방향 변형률) = -10이 된다.(그림1.1)의 인장 후의 시편의 단면을 보면 45도로 파단이 났다는 것을 볼 수 있다. 이를 통해 시편은 수직응력보다는 전단응력에 더 취약한 연성재료라는 것을 알 수 있다. 수직응력에 취약한 취성재료는 단면이 90도로 파단이 일어나고, 반대로 전단응력에 취약한 연성재료인 시편은 단면이 45도로 파단이 발생했다는 것을 실험을 통해 확인할 수 있었다. 응력상태에서 단면 낸 지점에서 응력변환을 생각하면, 최대전단응력이 나타나는 각도는 45도라는 것을 알 수 있다. 따라서 45인 단면을 따라서 파단이 일어난 것이라고 생각해 볼 수 있다.하중-변형 선도(그래프1.1)응력-변형률 선도(그래프1.2)(그래프1.1)은 시편1과 시편2의 각각 하중-변형 선도를 나타낸 그래프이다. (그래프1.1)의 가로축은 변형값, 세로축은 하중값이다. (그래프1.2)는 시편1과 시편2의 각각 변형률-응력 선도를 나타낸 그래프이다. (그래프1.2)의 가로축은 변형률, 세로축은 응력이다. 변형률은 외력에 의해 물체에 생긴 변형량과 원래 길이에 대한 비율이다. 그리고 응력은 재료에 하중을 가했을 때, 그 크기에 저항하여 재료 내에 생기는 저항력이다.시편1과 시편2의 각각의 하중-변형 그래프, 변형률-응력 그래프를 보면 시편의 각각의 값이 다르다는 것을 알 수 있다. 이론적으로는 각각의 시편의 선도가 일치하여야 하지만 그렇지 않다는 것을 볼 수 있다. 이런 오차의 원인으로 몇 가지를 들 수 있다.먼저, 시편을 가공할 때 스크래치 같은 결함이 시편에 발생할 수 있는데 인장시험을 할 때 응력이 결함이 난 취약한 부분에 집중이 되면서 오차가 발생할 수 있다. 두 번째는 시편을 인장시험기에 설치할 때 시편이 하중을 안정적으로 받을 수 있도록 시편을 수직, 수평이 되도록 설치를 하여야 하는데, 실험자의 육안으로 수직, 수평을 확인하기에 한계가 있을 수 있다. 따라서 시편이 올바르게 설치되지 않아 각각의 시편의 응력의 차이가 발생할 수 있다. 크게 이렇게 두 가지의 원인을 오차가 발생할 수 있는 원인이라고 생각했다.오프셋(offset)을 이용한 응력-변형률 선도시편1(그래프1.3)항복점탄성계수극한강도파단강도0.724 N/mm^21314.3 N/mm^20.838 N/mm^2-0.2% Offset의 기울기는 원점에서의 기울기 적용, 0.2% Offset을 적용하였지만 파단강도는 볼 수 없었다.시편2(그래프1.4)항복점탄성계수극한강도파단강도0.704 N/mm^21104 N/mm^20.784 N/mm^2-결론인장실험을 통해 조건이 다른 각 시편의 하중-변형 그래프, 응력-변형률 그래프를 그릴 수 있었고 이를 통해 시편의 항복점, 탄성계수, 극한강도, 파단강도를 도출해 낼 수 있었다. 응력-변형률 선도에서 이론적으로는 각 시편별 그래프는 겹쳐져서 일치해야 했지만 그렇지 않다는 것을 실험을 통해 확인했고 이 오차가 발생한 원인에 대하여 생각할 수 있었다.
온도측정실험실험이론온도측정의 기본 이론온도물질이 얼마나 차고 뜨거운 정도를 정량적으로 나타내는 물리량물리적으로 열평형 상태를 나타내는 척도온도측정의 원리도체의 전기적 성질의 변화를 이용하여 실제온도 측정 눈금에 활용한다.(열전대)온도측정 방법접촉법 : 온도측정 물체에 온도계의 측온부(감온부, 온도센서)를 접촉시켜서 열평형 상태에 도달하였을 때, 센서의 물리적 변화량(신호)를 측정하여 측정 물체의 온도를 감지하는 방식실험장치 설명열전대 : 서로 다른 두 종류의 금속의 기전력을 이용한 온도센서특징열전대는 열전(thermodlectric) 효과(열에너지와 전기에너지가 상호변환하는 현상)가 있는 재질이 다른 2개의 금속선의 양 끝단을 접속하여 폐회로를 구성하고 이 양 끝단의 접점에 온도를 다르게 할 때 온도차에 의해 폐회로에는 열기전력이 발행하여 회로에 전류가 흐르게 된다.이 온도차에 비례하여 기전력이 커지는데 기전력의 크기를 이용하여 온도를 측정한다.기전력의 크기와 극성은 양단의 온도와 두 개의 금속선의 조합에 의해 결정된다.열전대는 온도측정 실험에 가장 많이 사용하며, 비교적 저렴하고 정확도가 매우 높다.측정 원리제벡효과두 개의 서로 다른 금속선이 연결되고 온도차가 발생할 경우양끝이 접합되어 있는 2개의 서로 다른 종류의 금속선에 한쪽 접점에 열을 가하면 폐회로 내에서 소량의 전류(열전류)가 흐르는 현상열전류의 흐름은 회로에 기전력이 발생했기 때문이고 이 기전력을 열기전력이라고 함.서로 다른 금속선의 2개의 접합부 중의 한 곳에 가열할 때 폐회로 내에는 열전류가 저온측에서 고온측으로 흐르게 된다.두 개의 서로 다른 금속선이 단절되고 온도차가 발생할 경우온도차가 있을 때 회로를 단절시키면 전류는 흐르지 않게 되지만 전위차가 생긴다. 전위차는 전압계를 이용하여 전압으로 측정할 수 있다.생성된 전압은 온도차에 비례하므로 한 접점의 온도를 알고 있다면 다른쪽 접점의 온도를 전압을 측정함으로서 알 수 있다.열기전력을 측정할 수 있게 만든 전선을 열전대라고 하며, 열전대로 측정된 열기전력(전압)을 온도로 환산할 수 있다.2) NTC 서미스터 : 온도 상승과 함께 저항치가 감소하여 음의 온도계수를 갖는 서미스터특징온도계수가 커서 감도가 좋고 응답성이 빨라 급속한 온도 변화에 대응할 수 있다.온도상승에 따라 저항값이 감소하는, 부(-)의 온도계수를 가진 저항이다.측정원리온도 변화에 따라 저항의 상승 또는 하강하는 특성을 통해 온도를 감지하여 작은 온도에도 저항값이 크게 변화하여 정밀한 온도측정을 할 수 있다.3) Temperature Indicator(T.I) : 온도를 나타내는 장치측정원리측정대상에 접촉된 열전대의 반대편에 Temperature Indicator(T.I)를 연결하여 열기전력을 이용하여 온도 측정실험방법열전대와 서미스터 연결 : 열전대(T.C.1, T.C.2)를 각각 Temperature Indicator(T.I)와 열전대 리더에 연결하고 반대편엔 실험대상체인 HEATER에 부착시킨다. NTC서미스터는 저항값을 읽을 멀티미터에 연결하고 반대편엔 실험대상인 HEATER에 접촉시킨다.HEATER의 온도를 높여가며 열전대의 열기전력과 열기전력으로 인한 Temperature Indicator(T.I)의 값, NTC서미스터의 저항값을 측정한다.실험결과 및 고찰TemperatureIndicator (ºC)T.C.1Vab (V)Rth (Ω)29.0-845033.0-745037.10.2661040.00.4583044.10.49527048.30.62456053.50.73391059.20.95308061.71.04280065.01.15260069.31.32231075.81.6200083.11.85164091.52.23127098.12.451080(표 1.1)Heater에 연결된 Thermo couple 2(T.C.2)의 한쪽 접합부분에 열을 가하면 열기전력이 발생하는데 이 열기전력을 통해 Temperature Indicator(T.I)에서 온도를 확인할 수 있다. (표 1.1) 에서 보면 Heater의 온도를 점점 높게 설정하면 T.C.1과 마찬가지로 T.C.2의 한 쪽 접합부에 온도가 올라가고 열기전력이 발생해 T.I가 점점 높아 지는 것을 알 수 있다. HEATER의 설정 온도를 높일수록 Thermo couple1(T.C.1)의 열기전력 역시 올라가는 것을 볼 수 있다. 이를 통해서 열전대의 양쪽 끝 접합부분의 온도차이가 나면 열전대에서 발생하는 열기전력 또한 온도차이에 비례적으로 커지는 것을 알 수 있다. 이는 이론에서 배웠던 제벡효과로서 열전효과가 있는 재질이 다른 2개의 금속선의 양 끝단을 접속하여 양 끝단의 접점에 온도를 다르게 하면 온도차에 의해 열기전력이 생긴다는 것을 실제 실험에서 확인할 수 있었다.또한, 온도 변화에 따라 정밀한 저항의 변화의 특성을 나타내는 NTC서미스터는 Heater의 온도의 값을 올려주면 저항값이 내려가는 것을 알 수 있다. 저항값의 응답성이 빨라 아주 작은 온도변화에도 대응할 수 있다. (표1.1)을 보면 온도가 높아질수록 NTC서미스터의 저항값이 비선형적으로 작아지는 것을 알 수 있다.이렇게 실험을 통해 열전대와 서미스터를 통해 측정 물체의 온도를 측정을 하여 실험 데이터를 뽑아 보았다.Temperature (ºC)RESISTANCE(Ω)*************928*************398863.4(표 1.2)표1.2는 Thermistor Resistance vs. Temperature 표의 일부를 가져 온 것이다. 실제 측정 대상의 온도와 저항의 상관관계를 알 수 있는 표이며 이는 이론적인 값이다. 표1.2를 보면 실제 실험하여 측정한 NTC서미스터의 값과 실제 데이터의 양상은 같았지만 실험 결과 데이터와 실제 이론 값들이 대체적으로 오차가 나는 것을 알 수 있다.물론 이론에서 배운 내용과 실험을 하며 실제 데이터의 양상과 같았다는 것에 의미를 가지지만 디테일한 부분을 조정하여 실험을 했으면 더 정확한 값들이 산출되지 않았을까 생각했다. 1. 환경적 요인 2.온도측정의 대상 3. 온도측정방법의 접촉법 4. 실험자의 한계 등 이러한 디테일한 부분들로 인해 실제 값과 측정값의 오차가 발생할 수 있다고 생각한다.먼저, 1. 환경적 요인 측면에서는실험장소에 에어컨이 설치되어 있어 측정대상인 HEATER에 에어컨 바람이 불어 HEATER의 설정값을 맞춰도 정확한 온도가 고정 되지 않았다. 에어컨의 날개의 방향이 바뀌면서 에어컨 바람의 세기가 일정하지도 않았기에 T.C.1의 열기전력과 T.I의 온도, NTC 서미스터의 저항값을 실험자가 읽는 데에 너무 부정확했다. 측정대상의 온도가 정확하고 고정이 되어 있어야 실제 그에 대응하는 값들을 정확히 알아 낼 수가 있는데 그렇지 못하였다. 실험을 하려면 특히 실험장소에 영향을 많이 받는 온도측정실험 때는 온도측정을 할 수 있는 최적의 조건을 갖춘 실험장소에서 하면 좋지 않았을까하는 아쉬움이 있었다.2. 온도측정의 대상 측면에서는 실험대상 HEATER의 특성을 알아 보면 좋을 것 같다. 실험대상 HEATER는 실험자가 설정한 온도에 다다르면 HEATER내 자체의 제어를 통해 온도를 더이상 올리지 않기 위해 가열을 멈춘다. 그리고 설정한 온도보다 HEATER의 온도가 떨어지면 그때 다시 가동되어 설정한 온도에 이를 때까지 가열을 한다. 이 프로세스를 반복하면서 HEATER가 온도를 유지하는데, 문제는 가열을 멈춘 순간 측정대상인 HEATER의 온도가 떨어지기에 측정되는 온도를 정확하게 읽을 수 없고, 더욱이 실험 장소의 조건과 겹쳐져 정확한 온도를 산정하기에 많은 어려움이 있었을 것이다. 온도측정 대상의 온도조건이 정확히 일정하게 유지 되었으면 하는 아쉬움 또한 남았다.3. 온도측정방법의 접촉법 측면에서는 온도측정 대상인 HEATER에 온도측정 실험장치의 접촉으로 인해 측정값이 정확하지 않을 수 있다. 이번 온도측정실험에서는 온도측정방법의 접촉법을 사용하여 온도를 측정하였는데 측정대상에 열전대와 서미스터를 테이프로 붙여 물체의 온도를 측정을 하였다. 여기서 문제가 발생한다. 접촉법 온도측정에 필요한 조건들은 (1) 측정 물체에 센서를 잘 접촉시켜야 한다. (2) 측정 물체에 센서를 접촉시켜 물체와 열평형을 이루게 하여 온도가 변하지 않도록 해야 한다. 이다. 온도측정 시 고체인 HEATER와 센서와의 접촉 정도에 따라 측정값이 크게 좌우되기에 테이프로 실험대상에 센서를 고정시킨다는 것은 오차를 반드시 염두해야 한다는 의미가 된다고 생각한다. 온도측정방법의 접촉법을 바꾸든지 실험대상을 고체가 아닌 기체로 바꾸든지 하여 오차값을 줄여 실험의 정확도를 높일 수 있다.4. 실험자의 한계 측면에서는 오차를 생각할 때, 온도측정실험 뿐만 아니라 다른 실험에서도 염두해 두어야 할 사항이다. 실험자가 열전대의 열기전력과 서미스터의 저항, Temperature Indicator(T.I)를 읽는 과정에서 발생하는 미세한 오류나 측정 방식의 불완전성으로 인해 오차가 생길 수 있다. 실제 실험할 때 교수님이 측정값들을 읽으시는 과정에서 정확한 측정값을 읽어내기에 어려움을 가졌다. 실험자의 한계와 앞서 오차를 발생시키는 요인들과 맞물려서 오차값을 만들었을 것이다.결론열전대와 NTC서미스터를 이용하여 실험대상인 HEATER의 온도를 측정하였다. 실제 이론값과 실제 실험값은 오차가 꽤 나는 것 같다. 하지만 실제 이론값의 양상대로 실험값이 나오는 것을 알 수 있었다. 열기전력은 HEATER의 온도가 높아질수록 비례하여 선형적으로 높아졌다. 반면 NTC 서미스터의 저항값은 HEATER의 온도가 올라갈수록 반비례하여 비선형적으로 낮아지는 것을 알 수 있었다.참고문헌기계공학기초실험1_온도측정실험_강의노트_최종.PDFThermistor_resistance_table_Omega_eng.PDF
Just Push과 목 명 :담당교수님 :제 출 일 :학 과 :조 원 :목차1. 문제 선정1.1 선정과 이유2. 문제정의2.1 문제분석2.1.1 문제 상황2.2 모순 인식3. 모순해결3.1 창의적 문제 해결 도구3.1.1 자원3.1.2 TRIZ 5번 (통합)3.1.3 TRIZ 11번 (사전 보상)3.2 종합4. 아이디어 평가 및 수정4.1 아이디어 구상4.2 아이디어 평가4.2.1 아이디어 분석4.2.2 우선순위 결정4.3 특허 검색 및 유사성 분석4.3.1. 특허 검색4.3.2. 유사성 분석4.4 특허 회피5. 개념 설계기계창의 설계 보고서 6조 3차 수정본.hwp1326. 결론7. 참고 자료기계창의설계 보고서 6조 3차 수정본.hwp1321. 문제 선정1.1 선정 과정과 이유여러 가지 일상생활이나 산업현장에서의 문제점을 찾기 위해서 실제 생활에서 불편했던 점 그리고 브레인스토밍 했고, 그 결과 문을 열 때 손에 짐이 실려 있어 손을 쓰지 못하는 일반인, 팔이 없거나 몸이 불편한 장애인들을 위한 손잡이가 없는 문을 설계했다. 손이 없는 장애인이나 손이 부족한 일반인들에게 문을 열기 위한 새로운 혁신적인 해법을 고안하는 것은 사회적 포용과 접근성을 증진하게 시키는 데에 중요한 역할을 할 수 있다. 우리 사회는 점점 더 다양해지고, 모든 개인이 동등한 기회를 누릴 수 있는 환경을 조성하는 것이 중요하다. 이러한 목적을 위해서는 장애가 있는 사람들이 더 독립적이고 자립적으로 삶을 영위할 수 있도록 지원해야 한다.2. 문제 정의2.1 문제 분석2.1.1 문제 상황현대 사회에서 많은 사람이 다양한 장소를 이용한다. 쇼핑몰, 병원, 공공기관 등에서는 자동문을 자주 마주한다. 자동문의 경우에 센서를 통해 문이 저절로 열려 큰 문제없이 장소를 드나들 수 있다. 양손에 짐을 들고 있거나 팔을 다쳤거나 장애로 인해 팔이 없는 경우에도 쉽게 지나갈 수 있다는 것이다. 반면 수동문의 경우에는 양손에 짐을 들고 있거나 팔을 다친 상태이거나 장애로 인해 팔이 없는 경우에 손잡이를 잡거나 밀어서 문을 통과할 수 있다. 하지만 여러 사람이 일반적인 문을 개폐하는 과정에서 문의 손잡이를 잡을 수밖에 없는 상황이다. 여러 사람이 만진 손잡이는 많은 세균이 있다.관련 사례1. 쇼핑몰에서 양손에 쇼핑백을 가득 든 고객이 문을 열기 힘들어함.2. 병원에서 휠체어를 타고 있는 환자가 혼자서 문을 열기 어려워함.3. 어린이가 키가 작아 문, 손잡이에 손이 닿지 않음.Just Push1322.2 모순 인식현재 사용하고 있는 손잡이는 크게 원형 손잡이, 레버형 손잡이 두 가지로 분류할 수 있다. 이 두 종류의 손잡이는 원형 손잡이 혹은 레버 손잡이를 문과 평행한 위치에서 손잡이를 시계 또는 반시계 방향으로 돌려서 잠금장치를 해제하고 이 상태를 유지 하면서 문을 밀거나 당겨야 한다. 이러한 방식은 우리가 손잡이를 돌릴 수 있는 여유가 있을 때 가능한 방식이다. 하지만 손잡이를 돌릴 수 없는 상황 즉, 양손에 물건을 가득 가지고 있는 경우, 손이 다친 경우, 더 나아가 청결한 손을 유지하고 싶은 경우 등등이 있다. 이런 경우들에선 문을 미는 쪽에서는 문의 손잡이를 어찌하여 몸 일부분을 사용하여 돌려 잠금장치(락커)를 해제시킨 채로 문을 몸으로 밀면 문을 열 수 있지만 문제는 문을 당기는 쪽이다. 문을 당기는 쪽에서는 문의 손잡이를 몸 일부분을 사용하여 어찌 돌려서 잠금장치(락커) 부분을 해제하였다 하더라도 이 상태를 유지하면서 락커 부분이 걸리는 부분을 벗어날 때까지 손잡이를 잡고 당겨야지만 문을 열 수가 있다. 손을 쓸 수 없거나 손을 쓰기 어려운 상황에서는 문, 손잡이를 돌린 채로 문을 몸 쪽으로 당기기는 여간 어려운 일이 아니다. 손을 사용하지 않고서야 손잡이를 당기는 것은 힘들어서 이 상황을 타개할 수 있는 해결책이 필요하다. 문은 공간과 공간을 연결해 주는 동시에 어떠한 특정 상황에서도 모든 사람이 지나갈 수 있어야 한다. 편리함과 효율성을 추구하는 현대인들에게는 손잡이를 돌리고 다니거나 하는 2개의 동작의 번잡함은 현대인들에게 불편한 상황이 아닐 수지만 문을 몸 쪽으로 당겨서 여는 상황에서는 손을 쓸 수 없을 때는 문의 일부분을 잡거나, 문의 일부분을 걸어서 당겨야 하기에 문을 열기가 상당히 어렵다. 이때 문을 미는 상황일 때의 문을 여는 방식의 힘의 작용 방향을 그대로 살려서 문을 당기는 방향 쪽에서도 쉽게 문을 열 수 있다. 미는 힘을 이용해서만 문을 여는 방식을 선택한다면 문의 손잡이를 돌리는 힘과 문을 당기는 힘은 고려하지 않아도 된다. 양손에 짐을 들고 있거나 신체적 문제로 팔을 사용하지 못하는 상황에서 수동문을 여는 것이 어려운 이유는 손을 사용해야 하는 문 디자인 때문이다. 이러한 디자인은 사용자에게 불편함을 초래하며, 특히 신체적 제한이 있는 사람들에게는 큰 걸림돌이 된다. 따라서 이러한 문제를 해결하기 위해서 손을 사용하지 않고도 쉽게 문을 열 방안이 필요하다.3.1.2 TRIZ 5번(통합)기존에 있는 수동적인 문들은 손잡이를 돌려 락커를 제친 뒤 문을 밀거나 당기는 방식이다. 통합의 원리를 이용하여 문의 손잡이+힘을 사용한 열림을 조금 더 작은 힘으로 문이 열리고 닫히는 것을 구현할 수 있다. 구상한 아이디어는 문을 눌렀을 시 스프링의 반발력을 통해 문이 다시 뒤로 나오게 되고, 나온 문을 그대로 옆으로 밀기만 하면 된다. 이러한 디자인은 신체적 결함 혹은 손을 당장 쓸 수 없는 사람들을 위한 혁신적인 디자인이 될 수 있다.3.1.3 TRIZ 11번(사전 보상)양손에 짐을 들고 있거나 신체적 문제로 팔을 사용하지 못하는 상황에서 수동문을 여는 것이 어려운 사람에게 문이 빠른 속도로 열리게 된다면 안전상 벽이 손상이 가거나, 문을 여는 과정에서 사람이 다칠 수 있다. 또한 사용할 수 있는 손이 없어 문을 제어할 수 없기에 일어날 수 있는 상황에 대비하여 안전조치나 신뢰성 확보 조치를 미리 해야 한다.3.1.4 종합창의적 문제 해결 도구 중에 자원, TRIZ 11번(사전 보상), TRIZ 5번(통합)을 이용하여 기존의 문에 대한 모순을 해결할 수 있다.문을 여는 상황에 사람의 힘을 자원으로라서 TRIZ 11번(사전 보상) 을 이용하여 신뢰성이 낮은 물체라고 할 수 있는 문에 대하여 일어날 수 있는 상황을 타개할 수 있는 신뢰성 확보 조치를 함께 추가해서 문의 설계를 고려하였다. 기존에 쓰이고 있는 문처럼 경첩 부분을 문틀의 한쪽 부분에 고정해서 회전반경을 크게 하는 것이 아니라 문이 문틀과 고정되는 부분을 문틀의 한가운데로 하여 문이 열릴 때 회전반경을 최소화할 수 있도록 열리는 방식을 바꿔서 설계했다. 따라서 ‘Just Push’ 문을 통해 문을 미는 힘만을 이용하여도(자원) 기존 문을 사용할 때 충분히 야기될 수 있는 문제를 해결(사전 보상) 할 수 있도록 했다.또한 오직 미는 힘만을 고려하여 문을 여는 방식을 채택한 ‘Just Push’의 문 열림 작동 방식은 TRIZ 5번(통합)을 통해 기존의 문의 열림의 방식인 (1) 손잡이를 돌려 락커를 해제하고 이 상태에서 (2) 문을 밀거나 당기는, 이 두 가지의 과정을 한 가지로 통합하여 설계하였다.설계에 적용한 아이디어는 ‘Just Push’ 문에 걸쇠가 있는 부분 (기존 문에 통상 손잡이가 달린 곳) 을 사용자가 밀었을 시 걸쇠가 젖히면서 걸쇠와 연결된 용수철이 압축되면서 문을 열 힘을 가지게 되고, 사용자가 밀던 힘을 제거하면 용수철의 복원력으로 걸쇠 부분이 문과 연결된 부분을 밀어주면 문이 90도 회전하며 열리게 된다. 그 후 90도에서 고정이 되고 레일로 문이 밀려서 열리는 원리를 가지고 있다.이러한 디자인은 신체적 불편하거나 손을 당장 쓸 수 없는 사람들을 위한 혁신적인 디자인이 될 수 있다.4. 아이디어 평가 및 수정4.1 아이디어 및 구상버튼식 Unlock1. 문 경첩 부분에 강한 인력을 가진 자석을 부착한다.2. 버튼을 누를 때 파스칼의 법칙으로 인해 버튼이 눌린 길이만큼 반대편에서 막대가 나온다.3. 막대가 문틀을 밀면서 문이 열린다.원통형 케이스1. 문 하단부에 원통형으로 된 케이스 설치한다.2. 케이스와 문고리를 연결한다.3. 케이스를 지면 방향으로 압력을 가할 때 문이 열 (Just Push)1. 누구나 문을 개폐하여 출입문을 통과할 수 있다.2. 손을 청결하게 유지할 수 있다.3. 문의 열리는 반경이 기존의 문이 열리는 반경보다 작으므로 더 안전하다.4. 레일이 변형되면 문이 안 열릴 수 있다.4.2.2 우선순위 결정여러 아이디어를 편리성과 비용적 측면을 쌍 비교 분석법을 통해 우선순위를 정했다. 결과는 다음 표와 같다.아이디어아이디어BCD우선순위AA(1)A(2)D(2)D(2+3+2점)A(1+2점)B(2점)C(0점)BB(2)D(3)CD(2)D4.3 특허 검색 및 유사성 분석특허 검색특허 검색은 기술 개발, 사업 전략 수립, 법적 보호, 혁신 촉진 등 다양한 목적을 가지고 있으며, 이는 연구개발 및 비즈니스 활동에서 매우 중요한 역할을 한다. 이를 통해 기업은 효율적으로 자원을 활용하고, 경쟁력을 유지하며, 법적 리스크를 최소화할 수 있다. 우리 조는 중복 연구를 방지하고 기술적 정보를 획득하기 위해 대략적인 스캐치 , 구상을 토대로 특허 검색 사이트 Kipris에서 유사성이 있거나 혹은 유사성이 높은 문을 찾아 보았다 .의 문은 화재시 자동으로 열리는 구조이다. ‘Just Push’ 문과 유사함을 확인했다.2. 유사성 분석 의 문을 보면 문이 90도 돌아간다. 문이 돌아가는 특성은 우리 조와 유사함을 알 수 있다, 하지만 우리 조는 단순 유사시 문을 열 수 있는 구조가 아닌 일상적인 생활에서 편리함과 경제성을 활용한 문을 구상하였고, 기술적으로 추가하고 싶은 부분이 있었기 때문에 단순히 문이 회전한다는 공통점으로 유사성이 있다 라고 말할 수 없다.4.4 특허 회피특허 회피는 기업의 법적 안정성, 비용 효율성, 경쟁력 강화, 혁신 촉진 등 다양한 측면에서 중요한 역할을 한다. 이는 기술 개발과 상용화 과정에서 필수적인 과정이다.우리 조는 두 가지 방법으로 특허를 회피하였다.1. 기술적 대안 : 의 도어는 문이 90도로 회전만 하는 반면 , 우리 조의 문은 문을 미는 힘과 스프링의 반발력으로 걸쇠가 열리고 문을 90도 회전 후다.
온도측정실험 보고서
손을 쓰지 않는 출입문 보고서 창의설계
