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기초기계공학실험 인장시험

1. 실험 목적인장 시험은 재료 강도에 관한 기초적인 자료를 얻을 목적으로 수행되는 공업 재료 시험 중 가장 기초적인 시험으로, 시험편의 인장하중-변형량 관계를 측정하여 종탄성계수, 항복점, 인장강도, 연신률 등의 재료의 기계적 성질을 알아보는데 목적이 있다. 구체적으로 인장 시험은 토목 공사에 이용되는 콘크리트-철근의 적당한 물-시멘트비(W/C)를 찾거나, 현수교에 사용되는 케이블의 재질을 결정하는데 참고자료가 될 수 있다.2. 관련 이론① 수직변형률(strain) : 물체에 외력(인장력)이 작용하면 형상이 변화하게 되는데 이 변형을 단위길이로 나타낸 것. 공칭변형률이라 부르기도 함.varepsilon = {l _{나중} -l _{처음}} over {l _{처음}} = {TRIANGLE l _{0}} over {l _{0}} `[mm/mm]② 진변형률(True Strain) : 변형 중 발생한 미소변형을 누적한 변형률.varepsilon _{t} = int _{L _{0}} ^{L} {{dL} over {L} =ln {L} over {L _{0}} =ln(1+ varepsilon )}③ 공칭응력(Stress) : 외력에 대하여 물체가 나타내는 내부 저항을 단위면적에 대해 나타낸 것.sigma = {P} over {A} ``[N/mm ^{2} ]```(P:외력(N),`A:단면적(mm ^{2} )`) (※ 압력과 단위가 같으나 응력은 물체 내부의 힘을 다루고, 압력은 물체 외부의 힘을 다룬다.)④ 진응력(True Stress) : 단면의 축소를 고려한 응력.sigma _{t} = sigma (1+ varepsilon )⑤ 응력-변형률 선도비례한도(A) : 응력과 변형률이 비례하게 되는 한 계.탄성한도(B) : 가해진 하중을 제거했을 때 원래상 태로 복원될 수 있는 한계의 응력.상항복점(C) : 소성변형이 생기기 시작하는 점.하항복점(D) : 응력과 변형률이 증가하기 시작하는 점.극한강도(E) : 물체가 견딜 수 있는 최대 응력(인 장강도)파괴강도(F) : 물체가므로 탄성계수E는 응력의 단위와 같다. 대부분의 연성재료에서 압축에서의 탄성계수는 인장의 경우와 같은 탄성계수를 갖는다. 그러나 주철같은 취성재료에서는 경우가 다르다. 또한 탄성계수는 응력-변형률선도에서 탄성영역의 기울기로 관찰되는데 재료의 종류에 따라 다르다.※ 0.2% 옵셋그림에서 보듯 연강은 항복점이 분명하게 나타나지만, 알루미늄은 항복점이 분명하게 나타나지 않는다. 이처럼 항복점이 분명하게 나타나지 않는 재료(열처리강, 알루미늄, 마그네슘, 구리)에서는 곡선의 초기 기울기에 수평하게 0.2% 변형률(0.002)를 이동하여 직선을 그려서 곡선과의 교점을 항복응력으로 정의한다. 그리고 이때 그린 직선의 기울기가 탄성계수가 된다.⑦ 푸아송비 : 축(길이 방향)의 인장하중은 시편의 단면적(횡방향 또는 가로방향 수축)을 감소시키고, 압축 하중에는 횡방향의 확장이 따른다. 탄성영역에서 횡방향 변형률에 대한 축방향 변형률의 비를 푸아송비라 한다.※ 용어정리탄성 : 외부에 힘이 가해졌을 때, 내부에 응력이 남아 있지 않고 원위치로 회복되었을 경우. 이때는 탄성한계 내의 응력이 가해진 것이다.소성 : 외부에 힘이 가해졌을 때, 물체가 변형하여 원래상태로 되돌아 오지 않고 물체 내에 잔류응력이 남아있게 되는 경우. 이때는 항복응력 이상의 응력이 가해진 것이다.인성 : 파괴 이전에 에너지 저장량. 응력-변형률 선도에서 곡선 아래의 면적.연성 : 파괴 시 탄성 한도를 넘어서 항복점 이후에 소성구간에 접어들면서 하중 능력을 잃지 않으면서 영구변형이 어느 정도 지속되는 성질.취성 : 파괴 시 탄성 한도를 넘어서 항복점 이후에 소성구간에 접어들면서 심한 변형이 생기는 일 없이 바로 파괴에 이르는 성질.가공경화 : 소성을 가진 물체를 가공하여 변형시키면, 변형을 거치지 않은 원래의 물체보다 단단해지는 현상.평행부 : 시험편의 중앙부에서 동일 단면을 갖는 부분표점 거리 : 평행부에 찍어 놓은 2 개의 표점 사이의 거리로서, 연신율 측정에 기준이 되는 길이.어깨부의 반지름 : 평행부의동하여 시험체의 변위(힘)을 부여함.③비상정지 스위치긴급하게 모터부의 전원을 OFF하여 시험을 중단시키는 스위치.④리모컨시험기를 조작.⑤Power 스위치시험기 전체의 전원 스위치.⑥Loadcell가해진 하중 또는 힘에 비례한 출력신호를 발생 시킴.⑦위 지그래버시험편을 위 Jaw에 물리기 위해 돌리는 레버.⑧위 Jaw위쪽에서 시험편을 물고 당기는 부분.⑨시험편시험편.⑩아래 Jaw아래쪽에서 시험편을 물고 당기는 부분.⑪아래 지그래버시험편을 아래 Jaw에 물리기 위해 돌리는 레버.-시험방법1. 시험기 오른쪽 하부에 달려있는 시험기의 스위치를 ON2. 시험기의 신율계 뒤편에 달려있는 시험기의 스위치를 ON3. 시험기의 모니터의 system 탭을 눌러 calibration→E-CAL을 실행하여준다4. MANUAL 버튼을 눌러 MANUAL 모드로 전환 MANUAL 모드로 전환시 리모컨으로 조작이 가능 시편을 끼울 수 있게 UP 버튼을 눌러 적당한 높이 까지 상부 지그를 들어올린다.5. 익스텐션 메터 레버를 당겨서 익스텐션 메터를 전면부에 위치하게 한다.6. 지그 레버를 돌려 시편을 물린다. 이때 시편은 그립부에 60% 정도 물리도록 한다.7. 리모컨의 Down을 눌러 시편이 아래 지그속으로 들어가도록 한다.8. 아래지그에 시편을 상부지그에 달았던 방식으로 조인다. (아래지그를 조이기 전에 리모컨조작으로 Force Zero를 만든다.)9. 아래지그 물린 후 다시 한 번 하중을 0으로 맞춘다. 이와 더불어 position도 0으로 맞춘다.10. 설정 후 manual 버튼을 눌러 manual모드를 해제한다.-인장 시험편의 종류(KS 규격 b0801 중 발췌)시험편은 그 모양 및 치수에 따라 1호~14호 시험편으로 구분한다. 이들 시험편은 표1에 표시하는 비례 시험편 및 정형 시험편으로 분류된다.[표 1]1호~14호 시험편 중 어느 시험편을 사용할 것인지는 각각의 재료 규격의 지정에 따르되, 재료의 종류 및 치수에 따라 표2의 사용 구분에 따르는 것이 좋다.[표 2]비고 1. 의 길이P어깨부의 반지름R1450약 6015 이상※ 단위: mm4. 결과- 응력-변형률 선도기계적 특성응력(MPa)항복강도330.7인장강도375.6파단강도270.3탄성계수(E)1140- 그래프 해석을 통한 시험편의 기계적 특성※ 그래프에서 스티커로 표시된 점 부근의 기울기를 가지고 옵셋 직선을 만들었다.① 종탄성계수를 구하라.위의 응력-변형률 선도에서는 x좌표 0.023 부근의 기울기를 이용하여 0.2 옵셋 직선을 만들었다. 그 직선의 기울기 값이 1140, 즉 1.14GPa로 나타났다.② 상항복응력 : 알수 없음.③ 하항복응력 : 알수 없음.알루미늄, 열처리강, 마그네슘과 구리와 같은 재료는 상항복응력, 항복응력, 하항복응력이 그래프 상에서 뚜렷하게 구분되지 않는다. 그렇기 때문에 0.2% 옵셋이라는 방법을 통해 항복응력을 결정한다.매트랩을 이용한 선도 해석을 통해 항복응력은 375.6MPa가 나왔다.(오차가 있는 값)④ 연신률(신장률) : 32.76(%)시험 결과 데이터에서 최종 스트로크의 값이 16.38mm였다. 변형률 공식에 의해 이 값에 표점거리 50mm를 나누어주면varepsilon = {16.38} over {50} =0.3276(32.76%) 이 나온다.⑤ 인장강도(최대하중점) : 375.63 MPa시험 결과 데이터에서의 최대 하중은 57823.9N로 나타난다. 이 때의 공칭응력이 인장강도이므로 응력 공식에 의해 단면의 넓이(A _{0} =7 ^{2} TIMES pi )를 나누어주면sigma _{u} = {P} over {A _{0}} = {57823.9} over {7 ^{2} TIMES pi } =375.63(MPa)이 나온다.5. 고찰① 위 결과의 ⑤의 인장강도 하중의 선택 이유는?인장강도는 재료의 인장시험에 있어서 시험편이 파단될 때 까지의 최대인장하중(W _{max})를 시험 전 시험편의 단면적(A _{0})로 나눈 값이기 때문에 최대 하중을 선택하여 단면적을 나누었다.② (종)탄성계수의 데이터 값을 적고 시험 값과 비교하고 틀린 이유를3(GPa)곡선의 x좌표 0.05 부근의 기울기로 옵셋 했을 때탄성계수E(직선의 기울기) =1.78(GPa)곡선의 x좌표 0.08 부근의 기울기로 옵셋 했을 때탄성계수E(직선의 기울기) =2.23(GPa)곡선의 x좌표 0.1 부근의 기울기로 옵셋 했을 때탄성계수E(직선의 기울기) =2.42(GPa)(1)알루미늄은 항복점(상항복점, 하항복점)이 뚜렷하게 나타나지 않기 때문에 0.2% 옵셋을 통하여 항복점을 구하려 했지만, 그림(1)처럼 곡선 초반 구간의 기울기를 가지고 옵셋 했을 때를 제외하고 나머지 그림에서는 옵셋 직선과 곡선의 교점이 너무 이르게 발생한다는 문제점{} _{}이 나타났다. 그러나 그림(1)은 옵셋 직선과 곡선의 교점이 너무 늦게 발생한다는 문제가 나타났다.ⓑ 알루미늄의 탄성계수와 비교 ==> 큰 차이를 보임.[그림 (5)]수업시간에 시험편이 자주 사용되는 알루미늄 합금계열 중 하나라고 들었기 때문에 알루미늄 합금의 인장강도, 항복강도, 탄성계수를 실험값과 비교해 보기로 했다. 인장강도와 항복강도를 가지고 비교해 보았을 때에는 알루미늄 합금 2011-T3와 값이 비슷하다고 보았으나, 탄성계수로 비교해 보았을 때 대부분의 알루미늄 합금의 탄성계수 값이 68.7~70GPa의 값을 가지지만, 항복점 이전으로 추정되는 어떠한 점 부근의 기울기를 잡아도 실제 알루미늄의 탄성계수 값에 비해서 매우 작았다. 그래서 기울기(E)를 70GPa로 가지는 직선을 그려보았다.(그림 [5]) 그림을 통하여 응력-변형률 선도에서의 탄성계수 값이 실제 알루미늄의 탄성계수 값과는 많은 차이가 있음을 확인할 수 있다.왜 이런 결과가 발생 했을까??작은 오차의 경우에는 기계적 오차나, 시편과 그립사이의 미끌림 등으로 설명할 수 있으나, 이 오차(실험값: 1.14GPa, 이론값: 68.7~70GPa)는 상당히 크다. 인장시험의 자료조사를 할 때, 여러 인장시험 영상을 보았는데, 스트로크를 정확하게 측정하기 위하여 스트레인 게이지를 시험편에 부착하고, 파단 될 즈음에 시험편에서 스된다.

공학/기술| 2019.09.22| 32페이지| 1,500원| 조회(283)

인장시험, 기초기계공학실험, 공학실험레포트

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기초기계공학실험 오리피스 자유분출 평가A좋아요

1. 실험 제목 : 오리피스 자유분출 실험3. 실험 목적유체의 흐름에 있어서 오리피스를 통과하여 자유분출되는 유체에 대하여 베르누이(Bernoulli) 방정식에 의한 이론의 적용 및 유속과 유량측정 실험을 한다.4. 관련 이론4.1 베르누이 방정식베르누이 방정식은 압력, 속도, 위치 사이의 근사적 관계식이며, 마찰력을 무시할 수 있는 정상, 비압축성 유동 영역에서 사용될 수 있다. 이 식은 그 형태가 매우 간단함에도 불구하고 유체역학에서 매우 유용한 공식이다.베르누이 방정식을 유도할 때 가장 중요한 가정은 점성효과가 관성효과, 중력효과 또는 압력효과 또는 압력효과에 비하여 무시할 수 있을 정도로 작다는 것이다. 그러나 실제 모든 유체는 점성을 가지므로(“비점성 유체”는 존재하지 않는다.) 이 가정은 전체 모든 유동장에 적용되지는 않는다. 다시 말하면, 유체의 점성이 아무리 작더라도 유동의 모든 곳에 베르누이 방정식을 적용할 수 없다는 것이다. 그러나 많은 실제 유동에서 어떤 특정한 영역에서는 베르누이 방정식을 사용할 수 있다. 이러한 영역을 비점성 유동 영역이라고 한다. 이러한 영역은 유체가 비점성, 즉 마찰이 없는 영역이라는 의미가 아니라, 점성력(마찰력)이 유체 입자에 작용하는 다른 힘들에 비하여 무시할 수 있을 정도로 작은 영역이라는 의미이다.베르누이 방정식은 비점성 유동 영역에만 적용 가능하다. 일반적으로, 마찰 효과는 고체 면에 매우 가까운 곳(경계층)과 물체의 바로 하류(후류)에서 중요하며, 따라서 베르누이식은 경계층 및 후류의 바깥 영역(압력 및 중력 효과가 유체의 유동을 지배)에서 유용하게 사용될 수있다.1) 베르누이 방정식의 유도정상 유동장에서 유체 입자의 운동을 고려하여 보자. Newton의 제2법칙(유체역학에서는 선형운동량 방정식이라 한다.)을 유선에 따라 운동하는 입자에 s방향으로 적용하면 다음과 같다.sum _{} ^{} F _{s} =ma _{s} ````(1)마찰력을 무시할 수 있고, 펌프나 터빈이 없으며, 또한 유선을 따라 열전달도`유동: {P} over {rho } + {V ^{2}} over {2} +g`z=일정(동일한``유선을`따라)```(7)이 식이 비점성, 정상, 비압축성 유동에서 유선을 따라 적용되는 유명한 Bernoulli 방정식이다.유선상의 어느 곳에서든지 그 곳에서의 압력, 밀도, 속도, 위치를 알면 식(7)의 상수값을 계산할 수 있다. 동일한 유선의 임의의 두 점 사이의 Bernoulli 방정식은 다음과 같이 표현된다.정상,`비압축성`유동: {P _{1}} over {rho } + {V _{1} ^{2}} over {2} +g`z _{1} = {P _{2}} over {rho } + {V _{2} ^{2}} over {2} +g`z _{2} ````(8)이 식에서{V ^{2}} over {2}는 운동에너지, 그리고gz는 위치 에너지,{P} over {rho }는 유동 에너지이며, 모두 단위 질량당의 에너지이다. 따라서 Bernoulli 방정식은 기계적 에너지 평형 관계식이며, 다음과 같이 서술할 수 있다.압축성 효과와 마찰 효과를 무시할 수 있는 정상 유동에서 유선을 따라 유체 입자의 운동 에너지, 위치 에너지, 유동 에너지의 합은 일정하다.2) 베르누이 방정식의 사용에 대한 제한 조건① 정상유동 : Bernoulli 방정식의 첫 번째 제한 조건은 이 식은 정상 유동에 적용가능하다는 점이다. 따라서 시동이나 중지(Shut-down) 같은 과도 상태나 유동 조건이 변하는 과정에서 사용하면 안 된다.② 무시할 수 있는 점성효과 : 모든 유동은 아무리 작더라도 마찰을 포함하므로 마찰 효과는 무시할 수 없다. 그러나 일반적으로 단면적이 크고 유체의 속도가 느릴 때는 거리가 짧은 유동 영역에서의 마찰 효과는 무시할 수 있다. 마찰 효과는 일반적으로, 유동 통로가 길고 좁을 때, 물체 하류의 후류 영역, 그리고 디퓨저와 같이 유동 박리의 가능성이 높은 유동 면적이 넓어지는 구간(Diverging flow section)에서는 매우 중요하다. 또한 마찰 효과는 고체 표면과 가까운 영역에서는 Bernoulli 방정식을 이용할 수 없다.⑥ 동일한 유선을 따른 유동 : 엄밀히 말하면, Bernoulli 방정식P/ rho +V ^{2} /2+gz=C은 동일한 유선을 따라 적용하므로, 일반적으로 상수C의 값은 유선에 따라 다르다. 그러나 유동 영역이 비회전이고, 따라서 유동장의 와도(Vorticity)가 영이면 모든 유선의 상수값C는 같아서, 이때는 유선을 가로지르는 경우에도 Bernoulli 방정식을 적용할 수 있다. 따라서 유동이 비회전이면 유선을 고려할 필요가 없으며, 비회전 유동 영역의 어느 두 점 사이에서도 Bernoulli 방정식을 적용할 수 있다.4.2 토리첼리 방정식토리첼리의 정리(Torricelli's theorem)는 수조 측면 하부의 대기와 개방된 비교적 작은 구멍을 통하여 유출되는 유체(Fluid)의 속도(Velocity) 값을 계산하는 공식으로, 이 때 구멍이 작아 수조의 수위 하강 속도는 무시하고 계산한다. 베르누이 정리 중 비압축성 흐름(incompressible flow) 방정식의 변형된 수식이다.토리첼리 방정식에 대하여 알아보자. 아래 그림과 같이 비압축성 유체(incompressible fluid), 비점성 유체(inviscid fluid)가 대기(1atm : atmosphere)에 개방되어 있고, 수위의 하강 속도를 무시할 정도의 작은 구멍(토출구)를 가진 큰 물탱크에 차 있다고 가정해보자.이 경우에는 펌프, 터빈, 마찰 손실이 큰 장치가 없고, 유동 에너지, 운동에너지, 위치 에너지 상호간의 변환을 고려하여야 하기 때문에 베르누이 방정식의 적용이 적합하다.{P _{1}} over {rho g} + {V _{1} ^{2}} over {2g} +z _{1} = {P _{2}} over {rho g} + {V _{2} ^{2}} over {2g} +`z _{2} ````(9)물의 자유표면을 점 1로 하고, 출구를 점 2로 하자. 그러면P _{1} =P _{atm}(대기에 노출되어 있으므로)이고, 또한V _{1} 1} over {2} gt ^{2} `,t``=`` sqrt {{2y} over {g}} ````(13)이 시간 동안의 수평 이송거리x``=`V`t`이므로x``=`` {x} over {t} ```=x`` sqrt {{g} over {2y}} ````(14) 따라서,C _{v} sqrt {2gh} ``=`x sqrt {{g} over {2y}}THEREFORE `C _{v} ``=` {x} over {2 sqrt {yh}} ````(15)여기에서,C _{v} : 속도 계수x : 오리피스를 통과한 제트류의 수평방향 거리h : 수두y : 오리피스를 통과한 제트류의 수직방향 거리실제 유량Q는Q``=`C _{L} ` BULLET C _{v} BULLET A BULLET V```=`C _{L} ` BULLET C _{v} BULLET A sqrt {2gh} ``=`C _{d} BULLET A sqrt {2gh} ```(16)`여기에서,C _{L} : 수축계수C _{v} : 유속계수C _{d} : 유량계수A : 오리피스관 면적(m ^{2})g : 중력가속도(m/s ^{2})H : 수위(m)5. 실험 장치도5.1 실험장치6. 실험방법① 급수구를 수리실험대의 급수관에 연결하고 배수구를 수리실험대 배수로에 넣는다.② 그래프용지를 크립을 이용하여 수평 하게 부착한다.③ 수리실험대의 전원을 ON하여 물을 공급한다.④ 과류부(over flow)의 고무 마개를 이용하여 고수조의 수위를 일정하게 하고 눈금을 읽어 기록한다.⑤ 오리피스에서 분출된 수류의 거리를 차례로 지시봉의 하단 끝에 맞게 고정한다.⑥ 그래프에 수위 및 거리 곡선을 작성한다.⑦ 고수조의 높이를 상?중?하로 조절하여 실험을 반복한다.⑧ 고수조의 수위와 그래프에 작성된 수위를 차례로 기록한다.⑨ 실험이 끝나면 저수조 내부를 깨끗이 청소하고, 본체를 깨끗이 닦는다.7. 실험 결과 및 Data표7.1 실험 결과표와 계산식1) h = 300mm 일 때[h = 300mm, 물의 온도 22.5℃, 실험실 온도 24.9℃]제트류x축핀---9pi수축계수CL--------0.64속도계수CV--------0.9735유량계수Cd--------0.6230유량Q(mm3/s)--------45159.83(m3/s)--------4.515983×10-5(L/min)--------2.71h = 335mm물제트의 거리측정결과 x = 400mm , y = 126mm① 관 면 적A`=` {pi } over {4} D ^{2} `=` {pi } over {4} 6 ^{2} `=`9 pi `mm ^{2}② 수축계수C _{L} `=`0.64③ 속도계수C _{V} `=` {x} over {2 sqrt {y`h}} `=` {400} over {2 sqrt {126 TIMES 335}} `=`0.9735④ 유량계수C _{d} =`C _{L} TIMES C _{V} `=`0.6230⑤ 유 량Q`=`C _{d} ·A sqrt {2`g`h} `=`45159.83`mm ^{3} /s`=`2.71`L/min3) h = 375mm 일 때[h = 375mm, 물의 온도 22.5℃, 실험실 온도 24.9℃]제트류x축핀번호012345678거리(mm)*************50300350400y축거리(mm)0*************12오리피스단면적(mm2)--------9pi수축계수CL--------0.64속도계수CV--------0.9759유량계수Cd--------0.6246유량Q(mm3/s)--------47902.65(m3/s)--------4.790265×10-5(L/min)--------2.87h = 375mm물제트의 거리측정결과 x = 400mm , y = 112mm① 관 면 적A`=` {pi } over {4} D ^{2} `=` {pi } over {4} 6 ^{2} `=`9 pi `mm ^{2}② 수축계수C _{L} `=`0.64③ 속도계수C _{V} `=` {x} over {2 sqrt {y`h}} `=` {400} over {2 sqrt {112 TIMES 335}} `=`0.9759④ 유량계수C _{d} =`C _{

공학/기술| 2019.09.22| 11페이지| 1,500원| 조회(202)

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1. 실험 목적충격시험은 재료가 파괴되는데 필요한 충격의 정도인 충격강도를 측정하고 소재의 연성, 취성 정도를 판단할 수 있는 시험이다. 시험의 목적은 높은 변형률에서의 원자재의 파괴 특성을 파악하는데 있다. 그리고 재료의 소성가공에서의 가공성을 추정하거나, 재료 선택의 적절성을 위한 근거로도 사용 될 수 있다.2. 관련 이론충격 시험은 외력이 가해지는 방법에 따라 충격굽힘시험, 충격비틀림시험, 충격인장시험 등이 있는데, 본 시험은 Charpy 충격 시험으로써 충격굽힘시험에 해당하며, 시편에 충격을 가하여 파단시킬 때 소모되는 에너지를 측정하여 재료의 충격 저항을 알 수 있다.h _{1}:hammer on 시 높이h _{2}:해머가 시험편을 때리고 지나간 후의 높이α:높이 h1일 때 의 각β:높이 h2일 때 의 각R:축 중심으로부터 해머중심까지의 거리W:해머의 무게(KG)※ 충격 시험은 기본적으로 에너지 보존법칙을 따른다.그림과 같이 해머를 α의 위치에 고정시키고 해머의 날이 시험편의 노치부분에 오도록 시험편을 바른 위치에 놓은 다음, 해머를 낙하시켜서 시험편을 파괴시키고 해머가 올라가는 각도를 β라 하자. 간단한 연산을 통해h _{1} =R(1-cos alpha ),h _{2} =R(1-cos beta )임을 알 수 있다.이 때, 재료의 파괴에 의하여 손실된 에너지E는 해머가 시험편을 때리기 전·후의 역학적 에너지의 차이로 계산할 수 있다. 즉E=W(h _{1} -h _{2} )=WR(cos beta -cos alpha )이다.(※ 해머의 운동 및 기계 요소의 저항으로 인해 소모된 에너지는 무시)재료의 취성·연성의 정도를 파악 할 수 있는 충격값은 재료가 파단시에 흡수한 에너지를 파단 면적으로 나눈 값으로 계산 할 수 있다. (U= {E} over {A} = {WR(cos beta -cos alpha )} over {A})3. 실험 방법- 시험장비 등각도- 시험편 규격-시험 방법1. 시험 장비의 전원을 켠다.2. 시험 오차를 줄이기 위해 장비를 워밍업 시킨다.3. 해머를 살짝 젖혀 장비 위에 시험편을 놓은 후, 시험편에 충격이 가해지지 않도록 해머를 멈춘다.4. 각도값을 초기화 시킨다.5. Hammer on 버튼을 눌러서 해머를 끌어올린다.6. 해머를 올린 후 안전고리를 채우고, 무거운 물체로 고정레버 위쪽을 쳐서 135도에 근접하게 한다. (135.1도)7. 시험편의 노치가 가운데에 올 수 있도록 조정한다. (신체를 시험장비 안쪽으로 넣지 않도록 주의)8. 안전 고리를 풀고 고정레버를 주먹으로 2시 방향에서 8시 방향으로 때린다.9. Break on 버튼을 눌러서 해머를 멈춘다.10. 해머가 멈춘 후, 안전철망 안에 있는 시편을 꺼낸다.4. 결론※ 충격시험기의 시험 결과시험횟수시험온도(K)흡수에너지(J)충격값(kJ/m ^{2})1-13.412167.66- 충격시험기에서 읽은 흡수에너지와 실험식을 비교하시오.※실험식 데이터αβWRA135.1°131.4°50kgf0.9m8 TIMES 10 ^{-5} m ^{2}E`=WR(cos beta -cos alpha )##``````=50 TIMES 9.81 TIMES 0.9 TIMES (cos131.4-cos135.1)##``````=20.76(J)###U= {WR(cos beta -cos alpha )} over {A}##``````= {20.76} over {8 TIMES 10 ^{-5}} (J/m ^{2} )##``````=`259.5(kJ/m ^{2} )비교 결과흡수에너지(J)충격값(kJ/m ^{2})시험기13.412167.66실험식20.76259.5오차35.4%35.4%5. 고찰① 충격 시험기의 원리해머가 α각(135°)만큼 올라간 후 고정레버를 풀어 시험편을 파단시키면 시험편에 가해진 에너지만큼을 소모하게 되므로 β각은 α각에 비해 작아질 수밖에 없다. α각과 β각의 차이를 통해 재료의 파괴에 의한 손실 에너지를 측정할 수 있다.② 충격값을 구하기 위한 단면 또는 부피 선택이유Charpy 충격시험에서는 노치가 있는 시편을 사용하여야만 한다. 그 이유는 시편에 응력집중요인을 만듬으로써 집중된 응력으로 재료를 파단시키고, 파단면을 색칠된 단면으로 일정하게 유도하기 위해서이다.정상적으로 실험을 진행한다면 파단면은 색칠된 단면이 될 것 이고, 충격값U= {WR(cos beta -cos alpha )} over {A}에서의 단면적A가8 TIMES 10 ^{-5} m ^{2}로 고정이 되므로 시험기에서 충격값까지 나타낼 수 있는 것 같다.③ 에너지 천이온도를 설명하시오.온도-충격에너지 그래프 곡선에서 최대 에너지 값의{1} over {2}되는 지점의 온도로서, 취성과 연성의 성질이 뒤바뀌기 시작하는 온도이다. 연성-취성 천이온도라고 부르기도 하며 재료의 인성을 평가하는 중요한 지표가 된다.④ 어디에 쓰이는가?샤르피 충격시험기를 통해서 공업재료의 연성 취성을 판단할 수 있으며, 서로 다른 재료간의 충격량 비교를 할 수 있다. 자료조사를 통하여 극한(극저온)지에서의 강재의 적용성을 검토하는 용도, 원전 원자로의 가압열 충격 기준 온도를 구하는데 사용 되었음을 확인할 수 있었다. 주로 재료선택의 적절성을 위한 근거로 사용되는 것 같다.6. 추가 자료KSKSKSKSSKSKSKSKSKSKSSKSKSKSKSSKSKSKS?B?0809금속?재료?충격?시험편KS?B?0809：2001산업표준심의회?심의2001년?5월?11일?개정한국표준협회?발?행한?국?산?업?규?격금속?재료?충격?시험편Test?pieces?for?impact?test?for?metallic?materialsICS?77.040.10KSB?0809?:?2001서?문?이?규격은?ISO/DIS?148－1：1996Metallic?materials-Charpy?impact?test(V-notch?and?U-notch)를?기초로하여,?시험편에?관한?기술적?내용을?발췌하여?작성한?한국산업규격이다.?이?규격은?ISO?TC?164/SC4에서Metallic?materials－Charpy?pendulum?impact?tester－Part?1：Test?method로?재개정?작업?중에?있다.1.?적용?범위이?규격은?KS?B?0810：1999?금속?재료?충격?시험?방법에?사용하는?시험편(이하,?시험편이라한다.)에?대하여?규정한다.?어떤?시험편을?사용하는가는?재료?규격에?따른다.2.?인용?규격다음에?나타내는?규격은?이?규격에?인용됨으로써?이?규격의?규정?일부를?구성한다.?이러한인용?규격은?그?최신판을?적용한다.KS?B?0810금속?재료?충격?시험?방법3.?정?의?이?규격에서?사용하는?주된?용어의?정의는?다음에?따른다.a)?높?이(height)?충격?시험?때?충격?방향으로의?시험편의?크기b)?나?비(width)?충격?날?끝을?따라?접촉하는?방향으로의?시험편의?크기c)?길?이(length)?높이와?나비에?직각?방향으로의?시험편의?크기4.?형상?및?치수?시험편은?길이가?55mm,?높이?및?나비가?10mm인?정사각형의?단면을?가지며,?V노치?또는U노치를?가지고?있어야?한다.?이들?V노치?시험편?또는?U노치?시험편의?형상,?치수?및?그?허용차는?그림1,?그림?2?및?표?1에?따른다.재료의?사정에?의해?표준?치수의?시험편?채취가?불가능한?경우에는?나비가?7.5mm,?5mm?또는?2.5mm의축소(sub-size)?시험편으로?하여도?좋다.5.?시험편의?제작?시험편의?제작은?다음에?따른다.a)?시험편은?가공에?의한?연화나?경화의?영향이?가능한?일어나지?않도록?기계?가공한다.b)?열처리한?재료의?평가를?위한?시험편은?열처리?후에?기계?가공한다.c)?시험편의?단면을?제외한?4면은?평활하여야?한다.?또,?노치?바닥의?다듬질은?매끄러워야?하며,?해로운?절삭?흠?등이?있어서는?안?된다.d)?시험편의?기호ㆍ번호?등은?시험에?영향을?미치지?않는?부위에?표시한다.

공학/기술| 2019.09.22| 22페이지| 1,500원| 조회(221)

충격시험, 실험레포트, 기초기계공학실험

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기초기계공학실험 경도시험

1. 실험 목적경도(Hardness)는 변형에 대한 저항을 의미하며 경도측정은 재료의 소성(영구)변형에 대한 저항을 측정하는 것이다. 공학에서 널리 사용되는 경도측정방법은 압입에 대한 저항을 측정하는 것이다. 경도시험은 금속의 기계적 성질을 측정하는 여느 시험보다 측정 시간이 짧고 측정방법이 간단하며, 시편 제작이 용이하다. 또한 비파괴 시험으로 할 수 있는 이점 때문에 생산 현장용 및 연구 수단으로 널리 이용되고 있다.경도시험의 결과물인 경도값은 상대적인 값이며, 경도가 높을수록 내마모성이 우수하고 연신율이 낮음을 의미한다. 경도값을 측정함으로써 시험편의 가공상태나 열처리상태, 절삭성 등을 알아볼 수 있고, 재료 사이의 강도를 비교할 수도 있다.2. 관련이론경도시험은 압입자를 사용하는 방법, 반발을 이용하는 방법, 긋기(긁힘)을 이용하는 방법에 따라 분류된다.압입자를 사용하는 방법브리넬 경도시험, 로크웰 경도시험, 비커스 경도시험반발을 이용하는 방법쇼어 경도시험긋기(긁힘)을 이용하는 방법모스 경도계1) 브리넬 경도시험가. 브리넬 경도시험의 원리지름이D인 초경 합금구 누르개로 시험편의 표면에 하중(P)를 가하여 생긴 누르개 자국의 지름(d)을 측정한다. 브리넬 경도는 시험 하중을 누르개 자국의 표면적으로 나눈 값에 비례한다. 이때 누르개 자국은 초경 합금구 지름의 절반을 반지름으로 하는 구면으로 가정한다.기 호구 분단 위D누르개의 지름mmF시험하중Nd누르개 자국의 평균지름((d= {d _{1} +d _{2}} over {2} )mmd _{1,} `d _{2}90 DEG 각도로 측정된 누르개 자국의 지름mmh누르게 자국 깊이= {D- sqrt {D ^{2} -d ^{2}}} over {2}mmHBW브리넬 경도=상수 TIMES {시험`하중} over {누르개``자국의``표면적}=0.102 TIMES {2F} over {pi D(D- sqrt {D ^{2} -d ^{2}} )}0.102 TIMES F/D ^{2}시험하중과 누르개 지름의 비N/mm ^{2}나. 특징시구 누르개 자국 깊이(h)를 측정한다. 로크웰 경도는h와 두 상수N`(수),S(경도 잣대 단위) 로부터 아래 식에 의해 구한다.로크웰````경도=N- {h} over {S}나. 로크웰 경도의 기호 및 표시로크웰 경도 잣대 단위(S) : 누르개의 형태와 하중에 따라 로크웰 잣대가 부여 된다.로크웰 경도 잣대경도 기호누르개 형태mm기준하중(F _{0})N부가 시험하중(F _{1})N총 시험하중(F _{})작용 범위(로크웰 경도 시험)AHRA다이아몬드 원추형98.07490.3588.420HRA ~ 88HRABHRB지름 1.5875mm 구형882.6980.720HRB ~ 100HRBCHRC다이아몬드 원추형1373147120HRC ~ 70HRCDHRD다이아몬드 원추형882.6980.740HRD ~ 77HRDEHRE지름 3.175mm 구형882.6980.770HRE ~ 100HREFHRF지름 1.5875mm 구형490.3588.460HRF ~ 100HRFGHRG지름 1.5875mm 구형1373147130HRG ~ 94HRGHHRH지름 3.175mm 구형490.3588.480HRH ~ 100HRHKHRK지름 3.175mm 구형1373147140HRK ~ 100HRK15NHR15N다이아몬드 원추형29.42177.7147.170HR15N~94HR15N30NHR30N다이아몬드 원추형264.8264.842HR30N~86HR30N45NHR45N다이아몬드 원추형411.9411.920HR45N~77HR45N15THR15T지름 1.5875mm 구형117.1117.767HR15T~93HR15T30THR30T지름 1.5875mm 구형264.8264.829HR30T~82HR30T45THT45T지름 1.5875mm 구형411.9411.310HR45T~72HR45T비고. 구형태의 누르개를 사용한 경우에 있어서, 강구 누르개를 사용하였을 때는 “S”를, 초경 합금구 누르개를 사용하였을 때는 “W”를 경도 기호 뒤에 붙인다.ex) 40HR30TS : 강구의 누르개로 294.2N(30kgf)의 총 시로크웰 경도 잣대(S)에 따라서 구하는 식이 달라진다.3) 쇼어 경도시험가. 쇼어 경도시험의 원리쇼어 경도시험은 앞선 두 시험과 다르게 재료표면의 반발을 이용하는 경도시험이다. 끝에 구모양의 다이아몬드를 박은 해머를 일정한 높이에서 금속의 표면에 수직으로 자유낙하시켜 튀어오르는 높이를 경도로 나타낸다. 이 방법은 시험기가 소형·경량이고 운반과 다루기에 편리하며 시험면에 거의 흔적을 남기지 않고 측정시간도 짧다는 이점이 있지만 측정 정밀도는 압입경도시험보다 떨어진다. 그렇기 때문에 시험을 여러 번 하여 평균값을 구한다.※ 주의 사항 : 시험면의 같은 위치를 다시 시험하면 그 부분이 가공경화되어 값이 커지므로 시험할 때마다 위치를 변경해야 한다, 쇼어경도 시험의 원리 특성상 시험계는 해머가 튀어오를 때 관 내벽과의 마찰이 없도록 수직으로 놓여 있어야 한다.나. 쇼어 경도의 계산쇼어경도란 시편의 표면 위에 일정높이(낙하높이)h _{0}�乍【� 낙하시킨 해머가 튀어오른 높이(반발높이)h에 비례하는 값으로서 다음과 같은 식으로부터 쇼어경도를 결정한다.Hs=k TIMES {h} over {h _{0}} = {10,000} over {65} TIMES {h} over {h _{0}} `(k=쇼어경도상수)��반발높이(h)가 높을수록 재료가 단단하다. → 경도가 크다.경도에서는 경도 숫자가 클수록 재료가 단단하다.낙하된 해머의 에너지는 그 일부가 시편의 변형에 사용되고, 남은 에너지는 반발하여 상승한다.4) 비커스 경도시험비커스경도는 압입자를 그림과 같이 꼭지각 136°인 사각뿔(피라미드형) 다이아몬드를 사용하며 하중은 아래의 표와 같이 임의로 변화시킬 수 있다. 따라서 대단히 단단한 재료나 연한 재료도 측정이 가능하고 얇은 재료나 침탄 질화 층같이 엷은 부분의 경도를 정확하게 측정할 수 있다. 또한 압입부의 흔적이 적으므로 연마 또는 경화된 재료 경도 시험에도 적당하다.경도 시험저하중 경도 시험마이크로 경도 시험경도 기호시험 하중공칭값(N)경도 기호시험 하중공칭값(N)경도 {0.1891F} over {d ^{2}} (N/mm ^{2} )d= {d _{1} +d _{2}} over {2}※ 여기서d는d _{1}과d _{2}의 산술평균이다.( )3. 실험방법1) 브리넬 경도시험가. 각부 명칭기호명 칭A하중지시용 압력계B시험 하중추C앤빌D컨트롤 박스E스크류 핸드F손잡이G유압 벨브나. 재질에 따른 시험하중과 압자직경의 조합누르개의 지름 D(mm)시험 하중 F (kN(Kgf))경도 기호적용 재료(브리넬 경도)1029.42(3000)HBS(10/3000) 또는 HBW(10/3000)강주철(140 이상)동 및 동합금(200을 초과하는 것)57.355(750)HBS(5/750) 또는 HBW(5/750)1014.71(1500)HBS(10/1500) 또는 HBW(10/1500)-109.807(1000)HBS(10/1000) 또는 HBW(10/1000)주철(140 미만), 동 및 동합금(35~200), 경금속 및 경금속 합금104.903(500)HBS(10/500) 또는 HBW(10/500)동 및 동합금(35 미만)경금속 및 경금속의 합금다. 시험 방법① 시험방법에 적합한 추를 설치한다.② 측정시편을 설치하고 고정시킨다.③ 스크류 핸들을 조정하여 시편을 강구입자에 접촉시킨다.④ 유압 벨브를 잠그고 레버를 움직여 추의 무게와 동일한 하중을 조정한다.⑤ 붉은 선이 보일 때 까지 올려준 다음 10 ~ 15초 동안 유지한 후 유압 벨브를 천천히 풀어준다.⑥ 릴리즈 밸브를 열어 하중을 제거한다.⑦ 시편의 압입자국의 직경(d)를 계측현미경을 이용하여 x, y축 방향으로 압흔의 크기를 측정한다.⑧ 압흔의 크기로부터 경도 값을 환산한다.라. 브리넬 경도 값의 표시브리넬 경도의 경도값은 사용한 압자의 종류 및 직경 하중의 크기 등을 함께 표시하여야 한다.압자의 종류 표시 : 강구압자 - HBS, 초경 합금구 압자 ? HBW예) 하중 3000kg 하중유지기간 10~15초 동안 하중을 유지하였을 때 얻은 경도 값이 321이라 하면 HBS(10/3000)321로 표기되어 있어야 한다. 시험편이 곡면인 경우에는 압이 깊이가 변하기 때문에 특수한 시험편 받침대를 이용하여 시험편을 밀착시키거나, 시험편이 원통 모양을 하고 있을 경우에는 보정이 필요하며 표면은 깨끗하고 산화물이나 불순물이 없어야 한다. 시험편의 두께는 압입 깊이의 10배 이상이어야 한다. 경도 측정위치는 이미 존재하는 압입자국의 중심으로부터 4d (d 는 압입자국의 지름)이상 , 시험편 가장자리로부터 2d 이상 떨어져 있어야 한다. 어떤 경우에도 측정위치의 중심 은 이 미 형성된 압입자국의 영향을 받는 범위 내에 있거나 새로운 압입자국으로 인하여 시험편 가장자리에 영향을 주는 범위 내에 있어서는 안 된다.오른쪽 그림은 경도 기준편의 구획 분할 방법을 도시한 것이다. 구획 분할에 있어서는 각 구획의 면적이같아지도록 6구획으로 나누고, 경도측정은 각 구획 1점씩 6점을 실시한다.3) 쇼어 경도시험가. 각부 명칭기 호명 칭A다이얼B압자C앤빌D핸들E해머 핸들나. 시험 방법① 시편을 앤빌에 올린다.② 시편을 시험기에 올려놓고 핸들을 돌려 시험기 압자와 시편을 밀착시킨다.③ 시험기의 해머핸들을 돌려 다이아몬드 해머를 낙하시킨다.④ 해머가 낙하 된 후 게이지의 값을 확인한다.⑤ 핸들을 돌려 시편을 꺼낸다.4) 비커스 경도시험(마이크로 비커스)기 호명 칭A스위치B하중 조절 핸들C대안 렌즈D압입자, 대물 렌즈가. 각부 명칭4. 결과① HB, HRC, HV, HS 값을 쓰시오.HRCHBHV25.5255.5269[로크웰 경도의 환산을 통한 브리넬 경도와 비커스 경도]HSHBHV31203213[쇼어 경도의 환산을 통한 브리넬 경도와 비커스 경도]실험을 진행한 로크웰 경도시험과 쇼어 경도시험으로부터 나온 경도값을 환산하여 다음과 같은 브리넬 경도와 비커스 경도값을 얻었다.② 위의 네 가지 시험 중에서 가장 신뢰할 수 있는 시험은?네 가지 시험 중에서 가장 신뢰할 수 있는 시험은 로크웰 경도시험이다.③ 신뢰 할 수 있는 실험에 대한 근거를 제시하시오.해머의 반발을 원리로 하는 쇼어경도 본다.

공학/기술| 2019.09.22| 21페이지| 1,500원| 조회(294)

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기초기계공학실험 레이놀즈 수 실험

1. 실험 제목 : 레이놀즈 수 실험3. 실험 목적원관 속의 흐름, 평판 상의 흐름 및 개수로의 흐름 등을 연구하려면 우선 유동의 특성을 파악하여야 한다. 유체의 유동은 유동특성에 따라 크게 층류 유동(laminar flow)와 난류 유동(turbulent flow)로 구분된다.본 실험은 유체역학에서 가장 기본적인 무차원 수인 레이놀즈 수를 기준으로 유동의 특성을 파악하는 기본적인 실험으로서 층류 및 난류를 임의적으로 발생시키고 유동상태를 가시화하여 레이놀즈 수와 유동형태의 관계를 고찰한다.4. 관련 이론4.1 층류유동과 난류유동담배를 피우는 사람 옆에 있을 때 담배연기를 살펴보면 처음 몇 센티미터는 매끈하게 올라가다 그 이후는 올라가면서 임의의 방향으로 흔들리는 것을 볼 수 있다. 다른 연기들도 유사하게 거동한다. 마찬가지로 파이프 내부유동도 자세히보면 혼돈 양상을 보인다. 전자의 경우를 층류(laminar)라 부르는데 유선이 매끈하고 질서정연한 유동 특성을 보이고, 후자의 경우는 난류(turbulent)라고 부르는데 유선이 매끈하고 질서정연한 유동 특성을 보여준다. 층류에서 난류로의 천이(transition)는 급작스럽게 일어나지는 않고, 완전히 난류가 되기 전 난류와 층류 유동 사이를 반복하는 일정 영역에 걸쳐 발생한다. 실제 마주치는 대부분의 유동은 난류이다. 층류는 작은 직경의 관 또는 좁은 통로 내부의 오일 유동과 같은 높은 점성유동에서 나타난다.층류, 천이, 난류 유동 영역들의 존재는 약 100년 전 영국 엔지니어 Osborne Reynolds(1842-1912)가 시도했듯이, 유리관 내를 흐르는 유동에 염료를 주입함으로써 확인할 수 있다. 염료선은 층류인 낮은 속도에서는 매끄러운 직선을 이루다가, 간헐적 요동이 나타나는 천이 영역을 거쳐 완전 난류가 되면 임의적이고 빠른 지그재그 운동을 하게 된다. 이러한 지그재그 형상과 염료의 확산은 주유동에서의 변동과 인접 층들로부터의 유체 입자들의 빠른 혼합이 있음을 보여준다.빠른 변동으로 인한 난류 유동에서의 유체의 맹렬한 혼합은 유체 입자들 간의 운동량 전달을 향상시키고, 따라서 파이프 벽면의 마찰력과 소요 펌프 동력을 증가시킨다. 유동이 완전 난류가 될 때 마찰계수는 최대가 된다.4.2 Renolds 수층류에서 난류로의 천이에는 여러 변수 중에 특히 기하학적 형상, 표면조도, 유동 속도, 표면 온도 및 유체의 종류 등이 큰 영향을 미친다. 1880년대 Osborne Reynolds는 많은 실험을 통해 유체의 관성력과 점성력의 비가 유동 영역을 결정한다는 것을 발견하였다. 이 비를 Reynolds 수라고 하며, 원형 파이프 내 유동의 경우 다음과 같이 표현된다.Re= {관성력} over {점성력} = {V _{avg} D} over {nu } = {rho V _{avg} D} over {mu }여기서V _{avg}= 평균 유동 속도(m/s),D = 기하학적 특성길이(여기서는 직경),nu =mu / rho = 유체의 동점성계수(m ^{2} /s)이다. Reynolds 수는 무차원량이다. 또한 동점성계수의 단위는m ^{2} /s로, 점성 확산계수 또는 운동량 확산계수로 이해할 수 있다.Reynolds 수가 크면 유체의 밀도와 속도의 제곱에 비례하는 관성력이 점성력보다 크고, 따라서 점성력이 더 이상 유체의 임의적이고 빠른 변동을 억제할 수 없게 된다. 하지만 작거나 중간 정도의 Reynolds 수에서는 점성력이 이러한 변동을 억제하여 유체를 “정렬”시킬 수 있을 만큼 충분히 크게 된다. 전자의 경우가 난류이고, 후자의 경우가 층류에 해당한다.유동이 난류가 되기 시작하는 Reynolds 수를 임계 Reynolds 수(Critical Reynolds number,Re _{cr})라고 하는데, 이 값은 기하학적 형상과 유동 조건의 함수이다. 원형 파이프 내부 유동의 경우 임계 Reynolds 수는 일반적으로Re _{cr}=2100으로 알려져 있다.원형파이프 :D _{h} = {4A _{c}} over {p} = {4( pi D ^{2} /4)} over {p} =D원형파이프의 수력직경은 직경D와 같은 값이 된다. 층류, 천이, 난류 유동을 구분하는 정확한 Reynolds 수를 알면 좋겠으나, 실제는 그렇지 못하다. 층류에서 난류로의 천이는 표면조도, 파이프 진동, 상류 유동에서의 변동 등에 형향을 받기 때문이다. 대체로 원형 파이프 유동의 경우 다음과 같이Re LEQ 2100`이면 층류,Re GEQ 4000`이면 난류이고, 그 사이가 천이영역으로 구분된다.Re LEQ 2100``````````laminar`flow2100 LEQ Re LEQ 4000``````````transitional`flowRe GEQ 4000``````````turbulent`flow천이 유동에서는 층류와 난류가 임의적으로 반복된다. 파이프 내부 표면이 아주 매끈하고 파이프 진동과 유량의 교란이 없는 경우에는 매우 높은 Reynolds 수에서도 층류가 될 수 있음을 기억하자.5. 실험 장치도5.1 실험장치1) 레이놀즈 유동가시화 실험관2) 유량 측정장치3) 색소 주입 장치4) 급수 및 배수 장치6. 실험방법① 실험 장치를 수평이 되도록 견고하게 설치한다.② 급수 커넥터를 실험장치의 수구에 연결한다.③ 색소공급 밸브를 잠그고 색소 액을 약 4/5정도 채운다.④ 수조에 울이 약간 넘치도록 공급하여 수면이 일정하게 유지되도록 유량조절 밸브로 조절한다.⑤ 색소 공급밸브를 열어 관내에 색소가 흐르도록 한다.⑥ 유량밸브를 조절하여 색소 액의 상태가 일직선이 되어 흐르면 층류이고, 이 때의유동가시화 사진을 찍고 유량(theta _{1})을 측정하여 기록한다.⑦ 계속하여 유량밸브를 열어 색소선이 일직선에서 흔들리기 시작하면 하임계레이놀즈 수에 해당되며 이때의 유동가시화 사진을 찍고 유량(theta _{2})을 측정하여 기록한다.⑧ 계속하여 유량밸브를 열면 색소선이 보다 크게 흔들리면서 흐트러짐이 클 때 상임계레이놀즈 수에 해당되며 이때의 유동가시화 사진을 찍고 유량(theta _{3})을 측정하여 기록한다.⑨ 계속하여 유량밸브를 열면 색소선이 완전히 흐트러져 난류가 되며, 이때의 유동가시화 사진을찍고 유량(theta _{4})을 측정하여 기록한다.⑩ 계속하여 유량밸브를 충분히 열어 완전한 난류가 되도록 한다.⑪ 수조내의 온도를 확인하여 기록한다.⑫ 위의 과정을 반복하여 실험한다.7. 실험 결과 및 Data표7.1 실험 결과표No층류(theta _{1})하임계(theta _{2})상임계(theta _{3})난류(theta _{4})수온(°C)시간(sec)유량(ml)시간(sec)유량(ml)시간(sec)유량(ml)시간(sec)유량(ml)1158.47103030.75106014.72101012.67105020.3°C2174.41100036.91103013.4799013.47103020.3°C3191.09104038.25106013.04100012.7298020.3°C7.2 물의 특성.수온20.3°C점성계수0.99534 TIMES 10 ^{-3} `(kg/m·s)밀도997.94`(kg/m ^{3} )물의 동점성계수9.97395 TIMES 10 ^{-7} `(m ^{2} /s)관의 직경D`=`0.022`(m)관의단면적A`=`3.8 TIMES 10 ^{-4} `(m ^{2} )[실험실 온도 : 26.5℃]7.3 레이놀즈 수 계산.NoVol(m ^{3})t(sec)Q=Vol/t(m ^{3} /s)V=Q/A(m/s)Re=VD/nu10.00103158.476.500TIMES 10 ^{-6}0.017374.97720.001174.415.734TIMES 10 ^{-6}0.015330.86230.00104191.095.442TIMES 10 ^{-6}0.014308.8040.0010630.753.447TIMES 10 ^{-5}0.0901985.1750.0010336.912.791TIMES 10 ^{-5}0.0731610.1960.0010638.252.771TIMES 10 ^{-5}0.0731610.1970.0010514.727.133TIMES 10 ^{-5}0.1884146.8080.0010313.477.647TIMES 10 ^{-5}0.2014433.5590.0009813.047.515TIMES 10 ^{-5}0.1984367.38100.0010512.678.287TIMES 10 ^{-5}0.2184808.53110.0010313.477.647TIMES 10 ^{-5}0.2014433.55120.0009812.727.704TIMES 10 ^{-5}0.2034477.668. 실험사진.층류실험값(평균)이론값Re = 338.213Re``` LEQ ```2100하임계실험값(평균)이론값Re = 1735.18Re```=```2100상임계실험값(평균)이론값Re = 4315.91Re```=```4000난류실험값(평균)이론값Re = 4573.24Re``` GEQ ```4000결과 분석층류는 비교적 낮은 유속(낮은 Reynolds 수)에서 관찰 되기 때문에 계속해서 쉽게 볼 수 있었고, 하임계와 상임계는 각각 Reynolds 수 2100, 4000에서 관찰되기 때문에 특정 유속에서만 관찰 할 수 있어서 조건을 맞추어 주는 것이 까다로운 실험이었다. 그리고 난류는 유속을 크게 올려 주었을 때 관찰 할 수 있었다.Reynolds 수의 실험 값이 이론값과 차이가 나는 것은 수도꼭지의 물출력이 일정하지 않고 계속 변하여서 그런 것이 아닐까 생각을 해보았다.10. 개인 고찰본 실험은 잉크로 유동을 가시화 하여서 레이놀즈 수의 변화에 따른 유동상태를 관찰하는 것이 목적이었다. Reynolds수가 2100이하이면 층류, 4000이상이면 난류, 그 사이이면 천이상태라는 것을 이전에 유체역학강의를 들을 때에 이미 배웠다. 이번에 그 유동상태의 변화를 직접 눈으로 볼 수 있어서 신기했다.실험 값을 분석해보자면, 층류와 난류에서는 레이놀즈 수가 적합한 수치로 계산이 되었지만, 상임계와 하임계에서는 어느정도 오차가 커 보이는 레이놀즈 수가 계산되었다.

공학/기술| 2019.09.22| 7페이지| 1,500원| 조회(248)

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