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인장 실험

1. 실험 목적인장시험은 재료강도에 관한 기초적인 자료를 얻을 목적으로 수행되는 공업시험중에서 가장 기본적인 시험으로 , 보통 환봉이나 판 등의 평행부를 갖는 시험쳔을 축방향으로 인장하중을 가해 하중과 변형을 측정한다. 보통 이로부터 측정할 수 있는 값은 연성재료와 취성재료가 다르며, 연성재료에서는 인장강도, 항복점, 연신율, 및 단면수축율이고 취성재료에서는 인장강도와 연신율이다. 인장시험에 의해 측정될 수 있는 재료의 기계적 성질로서는 그 외에 비례한도, 탄성한도, 탄성계수, 진파단력과 POISSON비 등도 포함된다.또 인장시험에 의해 구해지는 재료의 강도는 횡단면에 수직으로 작용하는 응력에 대한 시료의 강도값으로 , NOTCH나 그 외의 원인으로 분포가 일정하지 않은 응력을 받는 경우의 항복점이나 파단강도는 재료가 항복이나 파괴에 따른 역학적 조건과 인장시험의 결과를 고려하여 대략 추정된다.그리고 압축하중이나 반복하중에 의한 재료의 강도도 인장강도에 대한 비율로서 간주되는 예가 많다. 즉 시험기를 사용하여 시험편을 서서히 인장하여 항복점, 항복강도, 인장강도, 연신율, 단면수축율 등을 측정하는데 목적이 있다.2. 기초 이론P=proportional limitE= elastic limitYU=upper yield pointYL= lower yield pointM= maximum pointF= failure그림 1. 응력과 변형율① 탄성한계 (Elastic limit)탄성은 하중을 제거하면서 시험을 할 때 나타나므로, 탄성한도의 결정에는 처음에 비교적 작은 하중을 가하고, 이것을 제거하여도 영구변형 ( Plastic set )이 남지 않으면 더욱 많은 하중을 가하고 제거한다. 이와 같이 하여 영구변형이 나타나기 시작하는 하중 또는 응력을 측정한다. ASTM에서는 응력을 완전히 제거하였을 때 재료에 영구변형이 남기지 않은 최대응력 또는 정확한 탄성한계를 결정하기 곤란하므로, 실제 어떤 경도의 영구변형이 생기는 응력을 탄성한도로 규정하고 있다. 영구변형의 strain(Strain)값으로 0.001 %-0.03%사이의 값을 채택하는 경우가 많다. DIN에서는 0.01%의 strain이 생기는 응력, JIS에서는 strain 0.03%에 해당되는 strain에 대한 응력으로 취급하였다.② 비례한계 (Proportion limit)P-δ 곡선에서 후크의 법칙에 의한 직선부가 변화되어 곡선으로 변하기 시작하는 점의 응력이다. 탄성한계보다 적은 값이다. 비례한도는 일반적으로 탄성한도와 접근되어 존재하며, 여기에는 응력과 변형률의 관계는 다음과 같다.ε = αａm위 식에서 α 와 m은 재료 또는 처리에 따라 결정되는 상수로서, 주철에서는 m > 1, 강에서는 m = 1이 된다. 또한, α는 신연계수(Dehnungszahl)라고 부르고, 그 역수는 탄성계수와 동일한 값이다.ε = 1 / α③ 항복점 (Yield point)P-σ 곡선에서 하중의 증가 없이 연신율이 생기는 점, 또는 탄성한계를 지나 신연이 생기기 시작하는 점이며, 원형 단면적으로 나눈 값을 항복강도라고 한다. 측정이나 결정이 어려우므로 0.2%의 항복강도가 이용된다. 0.002의 변형률에 해당하는 점에서 곡선의 탄성직선부분에 평행하게 직선을 그어 만나는 점의 응력이다. 즉 항복응력은 0.2%의 소성변형을 일으키는데 필요한 응력이다.탄성에서 소성으로의 전이가 분명하게 갑작스럽게 나타나는 현상을 항복점 현상이라 한다. 상항복점에서는 실질적으로 응력이 감소하면서 소성변형이 일어난다. 금속내부의 슬립으로 전위를 일으키면서 변형은 하항복점이라 하는 일정 응력에서 약간의 응력 변동이 수반이 지속되다가, 어느 시점에 변형률의 증가에 따라 응력도 증가하게 된다. 이 때의 하항복점은 매우 정확하게 나타나므로 항복점 현상이 나타나는 재료에 있어서는 하항복점을 항복응력으로 간주한다.④ 인장강도소성변형이 시작된 후, 계속적으로 소성변형을 일으키기 위해 응력이 증가되어야 한다. 응력은 그림에서 M점으로 표시된 최대 응력점까지 증가한 후 다시 감소하다 파괴점 F에 이르게 된다. 인장강도 TS는 공칭응력-변형률 곡선상에서의 최대 응력점이다. 이 점은 인장응력을 받고 있는 구조물이 지지할 수 있는 최대 응력에 해당된다.최대 인장점에 이르면 시편의 한 부분이 수축되는 현상이 시작되고, 그 후의 변형은 수축된 한 부분에 집중되게 된다. 이 현상을 넥킹이라고 하며 이 부분에서 파괴가 일어난다. 파괴강도는 파괴가 일어나는 응력을 말한다. 설계시 재료의 강도는 항복강도를 말한다. 인장시험 속도는 재료의 기계적 성질에 영향을 준다.⑤ 공칭응력점 M까지 소성변형이 생기는 사이에 단면적은 길이의 증가와 더불어 감소되면서 전체길이를 통해 균일하게 변형이 생긴다. 최대 응력이 점 M에 달하면 변형 상태의 균형이 파괴되어 국부 수축이 생긴다. 이 부분을 파괴하는 데 필요한 하중은 국부 수축이 생기기 전에 필요한 하중보다 더욱 작아도 좋도록 실제 단면적이 감소되어 있다. 그럼에도 불구하고 작은 하중을 큰 원단면으로 나누었으므로 하중은 감소한 상태가 된다.직접적으로 실응력을 측정하든가 또는 국부 수축이 발생하기까지는 시편의 표점거리 사이의 체적은 변화가 없으므로 공칭 응력으로부터 실응력을 결정할 수 있다.? 실응력과 공칭응력과의 관계σa ==σn(1+ε)? 진변형률(ε‘)과 공칭변형률(ε)의 관계ε‘ ==ln(1+ε)⑥ 공칭 strain과 대수 strain표점거리 lo 가 lo+Δl 까지 변형되는 각 순간의 누계된 strain을 ε라고 하면, ε은 신연을 최초의 표점거리로 나눈 공칭 strain ε= Δl / lo로 표시하는데 대하여, 위의 εn = log(1 + ε) 과 같이 각 순간의 strain을 누계한 것을 대수 strain (Logarithmic Strain or Narural strain)이라고 한다. strain(ε)가 작을 때에는 대수 strain과 공칭 strain이 같게 된다. 일반적으로 대수 strain은 공칭 strain보다 작다.⑦ 어닐링어닐링은 재료를 고온으로 장시간 유지시킨 후 서서히 냉각하는 열처리이다. 일반적으로 어닐링 열처리는 잔류응력의 제거, 연성?인성의 향상, 특정한 미세구조의 형성을 위해 사용된다.단계는 상온에서 특정 온도까지의 가열, 그 온도에서의 유지, 보통 상온까지의 냉각이다. 이들 공정에서 시간은 중요한 매개 변수이다. 가열과 냉각 시 처리물의 내부와 외부 사이에는 온도 구배가 생기며, 그 정도는 크기와 형상에 따라 다르다. 온도 변화가 너무 크면 온도 구배와 이에 따른 열응력이 생기며, 변형 또는 심한 경우 균열이 일어날 수 있다. 또 어닐링 시간은 상변태가 가능하도록 충분히 길어야 한다.■ Elastic limit: 응력을 제거하면 strain 이 0으로 복귀하는 응력의 상한 치(0.03%또는0.0005%가될때의응력)■ nominal stress:

공학/기술| 2013.05.28| 10페이지| 2,000원| 조회(148)

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전도 열전달 실험

1. 실험 목적재질이 다른 금속봉을 직렬로 접촉시켜 열을 통과시킬 때 열유동방향으로 금속봉내부의 온도구배와 열전달량을 측정하여 온도구배에 따른 금속간의 접촉열저항 및 금속의 열전도율등을 구함으로써 열전도의 원리와 접촉열저항의 개념을 이해하도록 한다.2. 실험 이론1) 열전달의 형식① 전 도 (Conduction)정지하고 있는 유체의 경우에는 분자의 운동 또는 직접충돌에 의하여 금속의 경우에는 자유전자의 이동에 의하여 고온구역에서 저온구역으로 에너지교환이 일어나는 형식의 열전달② 대 류 (Convection)유체가 고체 위 또는 유로 내부를 흐를 때 유체유동에 의하여 유체와 고체표면사이의 온도차가 있는 경계층을 통하여 전달되는 열전달 형식? 자연대류 : 유체유동이 유체내의 온도차에 의해 생기는 밀도차에 의한부력효과 때문에 일어나는 열전달? 강제대류 : 펌프나 송풍기에 의하여 유체를 고체표면위로 강제로 흐르게 할 때처럼 인위적인 유체유동에 의하여 일어나는 열전달③ 복 사 (Radiation)물체가 방사하는 열복사가 진공 또는 투명한 물질의 공간을 통하여 전자파 및 불연속광자의 형태로 투과함으로써 온도차이가 있는 물체사이에 전달되는 복사에너지에 의한 열전달2) Fourier's Law for Heat Conduction in Solids한 방향으로의 전도에 의한 열전달은 “열류에 수직한 면적과 그 방향의 온도기울기의 곱에 비례한다.” 라고 정의된다.[W](1)[W/m2](2)여기서,… 열유동율 (Heat flow rate) [W]… 열플럭스 (Heat flux) [W/m2]… 열전도율 (Theraml Conductivity) [W/m℃]◆ 직경 d, 길이 l 인 금속봉을 통한 열유동율은[W](3)여기서,… 단면적[m2]… 본 장치의 시편직경 (mm)3) 열저항과 열전도율의 관계식① 금속접촉면에서의 접촉열저항 (Thermal Resistance of Contact)[℃/W](4)여기서,… 금속 경계면사이의 온도차 [℃]… 냉각수의 질량 유량[kg/s]… 냉각수의 비열 [W/kg℃]… 냉각수의 입?출구 온도차[℃]… 열유동율[W]② 각 금속봉의 열저항과 열전도율 사이의 관계식◆ 열유동방향으로 길이 L인 봉의 면적 A를 통하여 온도차에 의한 열전달을 열저항의 개념으로 나타낸 열유동율의 식[W](5)여기서, 열저항 …[℃/W]열전도율 …[W/m℃]③ 열전달 기간동안에 금속봉을 통하여 흐른 총열량은 냉각수의 유량)과 입?출구의 온도측정으로부터 구할 수 있으며, 계산식은 다음과 같다.[W](6)여기서,이고물의 밀도[kg/m3],냉각수의 부피[m3]④ 금속봉 내부의 온도 분포 (Thermal Profile)[℃](7)3. 실험 장치열전도 실험장치 (Thermal Conduction System, TECHNOVATE model 9051)① 중심부에 Stainless Steel bar가 축 방향으로 설치 (Tube Furnace)② 중심부에서 좌측에는 Copper와 Steel bar를 설치 (Unit 1)③ 중심부에서 우측에는 Aluminium과 Magnesium bar를 설치 (Unit 2)④ 열은 중심부에서 Unit 1, 2를 통해서 각각 좌?우로 연속적으로 흐른다.⑤ 좌우측봉의 끝에는 동으로 된 Heat Sink가 설치되어 있고, 각각의 Heat Sink를 통하여 냉각수를 통과 (Heat Flow Rate측정)⑥ 열전대(Thermocouple)는 봉의 축의 중심에 축방향으로 일정간격마다설치되어 있고, 축을 따라 온도구배를 구하기 위하여 각 접점의 온도를측정 (Unit별로 10개의 접점)⑦ Furnace는 750W, 115V AC의 전원으로 되어 있고, 최대 안전작동온도는 1850。F 이다. (Multi step temperature controlling transformer 부착)⑧ 온도조절기와 Unit Selector Switch, 온도접점 Switch는 Table에 배전반 형식으로 설치되어 있음 (Unit 1, 2)4. 실험 방법① System의 전원 Switch를 켠다.② Furnace에서 발열이 정상상태에 도달될 때까지 예열시키면서 System내부로 냉각수를 통과 시킨다.③ 정상상태에 도달하면 먼저 열전대(Thermocouple)와 연결된 Unit의 선택 Switch를 Unit 1 에 놓고, 접점별 Selector를 변경시키면서 각 접점의온도를 측정한다.④ 동시에 냉각수 유량을 Masscylinder를 이용해 측정하고, 입?출구에서의 냉각수 온도 및 경과 시간을 측정한다.⑤ 각각의 실험을 Unit 2 에 대해서도 반복 측정한다.⑥ Unit 별로 각 접점의 온도를 측정한 후 평균값을 계산한다.5. 실험 결과① 열전대 (Thermocouple)에 의한 각 접점에서의 온도 측정접점온도UNIT2123평균값198111116108.3*************03129.*************252624.6621222422.*************171817.*************5151515② 냉각수의 유량 및 입?출구 온도 측정구분123평균값냉각수유량(ml)106105100103.6시간(sec)10101010입구온도(℃)12121212출구온도(℃)14141313.66. 계 산① 열전달율 ()∴② 열전도율 (k)? kFe는1~2번 구간, kAl는 3~6번 구간, kMg은 7~10번 구간③ 철 양 끝단 온도④ 알루미늄 양 끝단 온도⑤ 마그네슘 양 끝단 온도⑥ 각 시편에 대한 열저항 (Rth)? Fe 인 경우? Al 인 경우? Mg인 경우⑦ 접촉 열저항 (Rt)… 금속 경계면사이의 온도차 [℃]? Fe 와 Al 사이? Al 과 Mg 사이7. X-T 선도8. 고찰이번 실험의 목적은 온도구배와 열전달량을 측정하여 온도구배에 따른 금속간의 접촉열저항 및 금속의 열전도율 등을 구함으로써 열전도의 원리와 접촉열저항의 개념을 이해하는 것으로, 이 실험에서는 Fe, Al, Mg 이렇게 3가지의 금속을 순서대로 연결시켜 놓은 봉에 열이 흐를 수 있도록하여 각각의 금속의 열전도율을 측정하였다.

공학/기술| 2013.05.28| 9페이지| 2,000원| 조회(169)

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경도 실험

1. 실험 목적브리넬·로크웰 경도시험은 외력에 의한 재료의 변형이 얼마나 일어나는가를 나타내는 방법으로 재료의 하중에 대한 변형 정도(경도)를 측정하여 재료의 변형 특성을 이해한다.2. 실험 이론경도시험법은 크게 압입경도시험, 긋기시험, 반발시험이 있다. 경도는 상대적인 것으로 특히 경도시험에서는 물체의 저항 대소, 변형의 종류, 표준 물체의 종류, 저항 측정 방법 등으로 분류할 수 있으며 경도시험을 크게 나누면 다음과 같이 구분할 수 있다.? 압입경도시험(일정하중으로 압입) : 브리넬, 로크웰, 비커스, 마이어? 긋기시험(변형과 파괴 동시 발생-10가지 표준시편) : 모스? 반발시험(초기높이와 반발높이 차로 소요에너지 계산) : 쇼어? 기타 방법 : 초음파위 경도 시험방법 중 주로 사용되는 방법은 브리넬, 로크웰, 비커스, 쇼어 경도이다.※ 시험재료 : SM45C 모재(시편A) 및 800℃에서 annealing(시편B) 2종류◈ 브리넬 경도식의 유도일반적으로 자국 깊이 h는 압자의 지름보다 작으므로3. 실험 순서* 브리넬 시험순서① 추 하중 3000kg(a,b,c,d)를 다 올리고 버튼 ON② 엔빌 위에 시편을 올린다.③ 스크류 핸들을 돌려 시료가 압자홀더에 살짝 닿을 때까지 올린다.④ Start 하면 계기판이 유압이 3000까지 올라간 후 15초 작동.⑤ 꺼지면 스크류를 푼다.⑥ 확대경으로 햇빛이 있는 곳에서 가운데 놓고 시편의 지름을 확인(값이 측정하고 0.1배한다. 실험은 3회 이상 실시!* 로크웰 시험순서① 버튼 ON, 시편을 가운데 말고 가장자리로 맞추어 올린 후 빨간 버튼 리 셋을 누른다. (하중을 받으면 시편이 휠 수 있음)② 스크류 핸들을 돌리고 오차가 0.5이상 넘어가지 않도록 고정③ 실험 스케일 C-Scale, 하중 150으로 해야 함으로 기본 하중 60에서 40과 50을 맞춘 상태에서 영점을 잡는다.④ 스크류를 천천히 돌리면 250에서 프리페얼이 되고 295에서 set이 된다.⑤ Start 버튼을 누르면 수치가 경도 값으로 나온다.⑥ 그 다음 시료를 풀고 시편을 뺀 뒤 다음 실험을 위해 추를 다시 뺀다.⑦ 위 동작을 반복하여 3회 이상 경도를 측정한 후 평균 경도값을 산출한다.4. 실험 결과실험방법측정회수브리넬(HB)로크웰(HRC)시편 A(mm)시편 B(mm)(열처리)시편 A시편 B(열처리)1회4.14.322.711.32회44.323.916.43회44.523.116평균치4.034.3723.214.6환산치HB(10/3000/15)225.22HB(10/3000/15)189.96* 브리넬경도 계산 *① 시편 A : HB (10/3000/15)② 시편 B : HB (10/3000/15)시편측정값참값오차율시편AHB(10/3000/15)225.22HB(10/3000/15)225.40.08%시편BHB(10/3000/15)189.96HB(10/3000/15)1900.02%경도 환산표5. 고찰우리는 브리넬·로크웰 경도시험을 통하여 외력에 의한 재료의 변형이 얼마나 일어나는지를 알아보았고 재료의 하중에 대한 변형 정도를 측정하여 재료의 변형 특성을 이해해 보았다.실험은 간단하고 단순하게 구성되어 있고 시편에 하중을 주어 파인 구멍의 지름을 현미경을 측정하여 브리넬 공식의 값을 도출 하였다.놀랍게도 결과를 보면 참값과 측정값에 대해 오차율을 계산 했을 때 오차가 거의 나지 않는 것을 볼 수 있다.실험 중에 오차의 요인을 본다면 브리넬 경도 실험을 보면 실험 직 후 시편의 구멍에 대해 현미경을 사용하여 육안으로 관찰 하였을 때 측정하기가 매우 부정확하다는 것을 느꼈다. 또한 실험 시 스크류 핸들을 통하여 시편을 고정시킬 시에 하중이 미리 시편에 가해져 손상을 주는 상황도 쉽게 있었다. 그리고 시편의 가장자리를 사용 했는가와 구멍과의 사이 간격을 많이 두었는지도 결과에 영향을 미쳤을 것이다. 하지만 우리의 실험에서는 참값과 거의 같음을 보임으로 실험 측정을 잘 했다고 본다.반면 로크웰 경도실험의 경우 실험기 자체에서 편리하게 측정값들을 디지털 숫자로 나타내 주어 실험결과를 편리하고 정확하게 측정할 수 있도록 하였다. 따라서 브리넬 경도실험 보다는 오차를 더 줄일 수 있었다.그리고 우리는 응력 집중이나 변형의 영향으로 인한 오차를 최대한 줄이기 위하여 압입자를 시험면의 가장자리에 위치 시켰다.

공학/기술| 2013.05.28| 6페이지| 1,000원| 조회(263)

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관로 마찰 실험

1. 실험 목적관로는 물, 가스 등의 유체가 단면을 채우고 흐르는 관을 말하며, 도시의 가스관 기름을 공급해주는 송유관 등이 바로 이 예이다. 하지만 실제로 사용되는 가스관, 송유관 등을 볼 때 그 관로는 수많은 엘보우와 이음들에 의한 부 손실이 생길 뿐 아니라, 관로사이에서의 마찰에 의한 손실이 생기게 된다. 실생활에서 이러한 손실을 계산하는 것은 매우 중요하다. 예를 들어, 송유관으로 석유를 공급할 때, 관로에서 생기는 손실을 정확히 계산하지 못한다면, 서로의 이해관계에 문제가 생기기 때문이다. 이 밖에도 관로의 마찰을 정확히 계산하지 않으면 많은 문제가 생기게 된다. 이러한 이유로 우리는 이번에 관로에서 생기는 손실에 대해 실험해 보기로 한다.2. 이론A. 에너지 방정식으로 손실항 계산 (비압축성 유체가 관내를 흐를 때에 베르누이 방정식 유도)가정 : (1)(2)(3) 정상유동(4) 비압축성 유동(5) 입구과 출구에서의 내부에너지와 압력은 모두 균일하다.이러한 가정 하에 에너지 방정식은 다음과 같이 단순화 되었다.점성유동에서 단면에서의 속도가 균일할 수 없기 때문에, 입구와 출구에서의 속도가 균일하다고 가정하지 않았음에 유의하라. 하지만 위 식에 평균속도를 도입하면 편리하며 적분기호를 없앨 수 있다. 이를 위해 운동에너지계수(kinetic energy coefficient)를 정의하면 다음과 같다.의 정의를 사용하여 에너지방정식은 다음과 같이 쓸 수 있다.이 식을 질량유량으로 나누고 정리하면이 된다. 이 식에서 좌변은 입구/출구 사이에서의 단위질량당 기계적 에너지의 차와 같고, 우변은 기계적 에너지가 원하지 않는 열에너지와 열전달에 의한 에너지 손실로 비가역적으로 전환됨을 나타낸다.우리는 이러한 에너지 손실 항을 단위무게당 전 에너지 손실로 규정하고 기호를 사용하여 나타낸다. 따라서(1)연속방정식 : 수송이론과 질량 보존의 법칙을 결합시킨 식으로 이번 실험에서는 단순화된 형식의 연속 방정식을 나타내며, 이 방정식으로 유량을 구한다.*유도과정 ( 정상, 균일, 한방향의 유동)질량보존의 법칙와수송이론에서 수송 이론식을 미분(어떠한 순간에 어떤 검사체적을 점유하는 어떠한 시스템의 물성치 변화율은 검사체적 내에서의 그것의 순간 누적률과 검사체정의 경계를 통한 그것의 순간 유출율의 합을 의미한다.)따라서 다음과 같은 식이 나오게 된다.이다.여기서 b는 단위 질량당 물성치로 그 값은 1이고, 정상 균일 한방향의 유동이므로 누적률은 0이고 같은 물체 이므로 밀도도 같다.따라서이고,이므로식이 나옴.(2)와 같은 관계가 성립한다.우선 유로에서의 에너지 손실을 무시하면 유량 Q는 식 (1),(2)로 부터(3)과 같이 된다.그러나 실제 유동에 있어서는 관마찰에 의한 에너지 손실이 수반되므로 실제 유량은 식 (3)으로 계산한 유량보다 작아져 다음과 같이 보정하여 사용한다.(4)가) Ventury meter : 유체의 유속을 측정하는 데 사용되는 관.관의 단면적이 급격히 줄어들었다가 중앙부에서 최소단면적이 되고, 다시 관의 단면적이 완만하게 확대되는 구조이다. G.B.벤투리(1746~1822)가 고안하였다.< 관계식 >여기서:유량:유량계수 (≒ 0.98):목의 단면적 (m2):입구의 단면적 (m2):차압 (m)나) Nozzle : 액체 또는 기체를 고속으로 자유공간에 분출시키기 위해 유로 끝에 다는 가는 관.고압의 액체를 분출시킬 때 분출 단면적을 작게 하면 압력에너지가 속도에너지로 바뀌는 것을 이용한 것이다. 일반 가정에 있는 분무기, 가압식 석유풍로의 석유 출구 등에 사용되며, 자동차의 기화기 등에도 사용된다. 또 수차 ?증기터빈 등에서는 물 또는 증기를 노즐로부터 분출시켜 날개차를 고속으로 회전시켜 속도에너지를 기계적인 에너지로 전환시킨다. 끝이 가느다란 노즐을 끝조림(수축)노즐이라 하고, 도중에서 한 번 가늘어지고 그 끝이 넓어진 것을 발산(확대)노즐 또는 드라발노즐이라고 한다. 유로면적을 좁혔다가 넓히면 초음속의 분류를 얻을 수 있다.< 관계식 >여기서:유량:유량계수 (≒ 0.99):노즐의 단면적 (m2):차압 (m)다) Orifice-테이퍼 진 구간은 없다고 수정- 조교유량의 조절 ?측정 등에 사용되며, 가공하기 쉬워 보통 원형으로 만든다. 지름 D인 유관 도중에 관의 지름 d(D＞d)의 오리피스를 삽입하면, 그 직후에서 유속이 변화하여 압력이 떨어진다(베르누이의 정리).오리피스의 바로 앞과 직후에서의 유체의 압력차를 검출함으로써 유량을 구할 수 있다.또, 그것을 모니터로 하여 유량을 조절할 수도 있다.< 관계식 >여기서:유량:유량계수 (≒ 0.66):오리피스 관 면적 (m2):차압 (m)다음과 같은 함수관계를 씀으로써 이들 파라미터 모두가 손실에 영향을 미친다는 것을 나타낼 수 있다.여기서 L은 관의 길이, D는 관의 직경, V는 유체속도,는 유체밀도,는 유체점도,는 관벽의 조도 높이 이다.만약 f의 독립변수들 중의 어느 하나를 변화시키면 다른 모든 독립변수가 고정되어 있을지라도 에너지 손실이 변할 것이라고 생각할 수 있다.이 함수 관계식은 단지과 f의 독립변수들간에 상호 관련이 있다는 것을 나타태준다. 또한 함수 f의 형태는 알려져 있지 않고 그 함수를 발견하는 것이 목적이다. 차원해석의 기본 정리를 통해 함수 관계식은 그룹변수를 써서 다음과 같이 무차원화로 만들 수 있다.한편 여기서를 다른꼴의 함수로 나타낼수 있는데,(무차원 변수)따라서이 나온다.3. 실험장치4.실험방법1. 실험은 두 개의 조로 나눠서 한명은 수조의 물이 넘치지 않는지 관찰, 그리고 3명은 각 지정번호의 눈금 관찰, 한명은 벨브를 푼다.2. 버튼 ON, 1조는 물을 약하게 틀고, 2조는 물을 강하게 튼다. (유량 조절)3. 각 지정된 번호의 사람들은 눈금을 측정한다.4. 결과값 완성.5. 결과[cm]12inout△h12△hqVentury1119.2114.7118.1117.94.50.2Ventury2110.588.6106.610621.90.6Nozzle1119102.8105.5106.516.2-1Nozzle2114.564727550.5-3Orifice1119.7115.7117.111641.1Orifice2113.57588.18238.56.1주어진 값 :,,, 온도는 상관XVenturyNozzleOrifice0.0370.02880.0230.01850.01270.01455L (m)11.81.8Ventury1Moody Chart에서 Re=9838.3 ε/D=0.00703 → f0.033Ventury2Moody Chart에서 Re=21702 ε/D=0.00703 f0.033Nozzle1Moody Chart에서 Re=11019 ε/D=0.00903 f0.037Nozzle2Moody Chart에서 Re=19450 ε/D=0.00903 f0.037Orifice1Moody Chart에서 Re=6952.9 ε/D=0.0113 f0.047Orifice2Moody Chart에서 Re=21562 ε/D=0.0113 f0.042(미터)Q ()V ()Re(계산)(실험)Ventury10.28580.26959838.30.0032140.002Ventury20.63050.5865217020.0156370.006Nozzle10.24920.3826110190.017253-0.01Nozzle20.44000.6753194500.05375-0.03Oriffice10.12560.30236952.90.01713250.011Oriffice20.38950.9375215620.1472440.061미터(계산)(실험) 마이너스 무시오차(%)Ventury10.0032140.0020.12Ventury20.0156370.0060.96Nozzle10.017253-0.010.72Nozzle20.05375-0.032.36Oriffice10.01713250.0110.61Oriffice20.1472440.0618.626. 고찰실험 데이터 결과를 보면 벤츄리와 오리피스에서 손실수두의 실험값은 각각 양의 값을 가지는데 노즐에서만 실험값이 음수가 나옴을 볼 수 있다.이를 해석하면 데이터에서 노즐의 in out을 보더라도 out의 압력이 더 높다는 것을 알 수가 있으며 그 이유는 노즐의 특성에 있다.노즐의 실험의 경우 단면적의 변화가 아주 크게 나타났고(D1=28.4mm , D2= 12.7mm) 또한 단면적의 변화가 순신간에 이루어 졌기 때문에 속도의 변화도 아주 크게 나타났을 것이다.베르누이 방정식에서실험수두를 계산할 때 벤츄리와 오리피스의 경우 P1값이 P2값보다 높게 나타났고 다른 항들은 그 값들을 무시하였기 때문에 결과적으로 손실수두의 값이 양의 값을 나타냈다.하지만 노즐의 경우 P2의 값이 P1보다 크게 나타났다는 것은 V1의 속력이 V2의 속력보다 크다는 말이 된다. 한마디로 물이 노즐을 통과한 후 충분히 지난 지점에서 그 손실수두를 측정하여야 베르누이의 방정식에서 정압을 제외한 값들을 제외 할 수 있는데, 노즐을 통과한 후 아직 안정화 되지 않은 상태에서 그 값들을 측정했기 때문에 손실수두의 실험치가 마이너스 값을 가진 것이다.

공학/기술| 2013.05.28| 12페이지| 3,000원| 조회(366)

관로마찰, 관로마찰 실험, 관로 마찰 손실수두 측정

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광탄성 실험

광탄성 실험1. 실험목적광탄성 실험의 원리와 개념을 이해하고 광탄성 감도 측정법, 광탄성 실험에 의한 응력집중계수 측정법, 그리고 광탄성 실험에 의한 구조물의 모델 해석 방법 등을 습득한다.2. 기초이론(1)광탄성 응력해석의 원리투명한 탄성체가 외력을 받아 그 내부의 임의의 점에의 주응력이 발생할 때 이 점을 지나는 빛에 대하여 모델이 일시적으로 이중 굴절성을 나타낸다. 일시적 이중굴절 현상에 의해 빛은 두 개의 광파로 갈라져서 위상차가 발생한다. 이러한 위상차의 크기가 주응력차에 비례하는 관계가 성립한다. 광탄성 원리를 이용하여 얻은 등색선 무늬와 등경선 무늬로서 어떤 구조물이나 모델의 응력상태를 분석하는 것을 광탄성 응력해석법이라 한다. 일반적으로 광탄성 실험장치는 크게 그림1의 (가)투과형 광탄성 실험장치와 (나)반사형 광탄성 실험장치로 나눌 수 있다. 투과형 광탄성 실험장치는 주로 모델시편의 응력해석에, 반사형 광탄성 실험장치는 실제 구조물의 응력해석에 사용된다.(가) 투과형 광탄성 실험장치 (나) 반사형 광탄성 실험장치그림 1 광탄성 실험장치(2) 광응력 법칙 및 광탄성 감도탄성체 내에서 굴절율의 변화는 주응력에 비례한다는 이론이 1853년 Maxell에 의해 알려졌으며 식(1)과 같이 표현되어진다.(1)는 무늬차수(N)로 표현되어지므로(2)이를 광응력법칙(Stress-Optic law)이라하며,를 광탄성 감도라고 하고 특정한 광파장와 모델의 광학적 특성 c에 관계되는 재료의 물성치이다. 근래에 광탄성 재료로 주로 이용되고 있는 에폭시의 감도는정도이다.(3) 응력집중 계수일반적으로 응력집중 계수는 식(3)으로 정의되어 진다.(3)는 노치 혹은 불연속 부근에 발생되는 최대응력이고 형상이 간단한 경우에는 탄성학적 계산으로 구할 수 있지만 형상이 복잡한 것은 계산이 곤란하기 때문에 광탄성 실험이 유용하게 사용되어 질 수 있다. 중앙 원공을 가진 평판의 응력집중 문제에 광응력 법칙과 식(3)을 이용하면 응력집중 계수는, 여기서(4), 여기서(5)W는 가한 하중, b는 판의 폭, t는 판의 두께, d는 원공의 지름을 나타낸다.3. 실험장치본 실험에 사용될 광탄성 실험장치는 그림1의 (가)투과형 광탄성 실험 장치이며, 구성은 그림2와 같다.그림 2 투과형 광탄성 실험장치의 구성4. 실험 방법▶ 광탄성 감도의 측정(1) 에폭시 판재를 이용하여 광탄성 감도 측정용 인장 시편을 그림3과 같이 가공한다.(2) 가공된 시편을 하중장치에 장착하고, 무늬차수(N)가 정수 차수로 증가할 때마다 그 때 의 하중을 읽어 기록한다.(3) 탄성한도를 넘지 않는 범위까지 하중을 증가시키며, 이와 같은 방법을 3회 반복한다.(4) 식(2)를 이용하여 광탄성 감도를 계산하고, 평균치를 구한다.▶ 응력집중계수 측정(1) 에폭시 판재를 이용하여 그림4와 같은 중앙에 원공이 있는 시편을 가공한다.(2) 가공된 시편을 하중장치에 장착하고, 하중을 증가시키면서 적당한 하중에서 CCD 카메 라를 이용하여 등색선 무늬를 촬영한다.(3) 최고차 등색선 무늬를 찾아내고, 식(4), (5)를 이용하여 응력집중 계수를 구한다.(4) 위와 같은 실험을 3회 이상 반복하여 평균치를 구한다.(5) 등색선 무늬 사진상에 무늬차수를 표시하고 응력분포도를 작성한다.그림 3. 감도 측정용 인장 시험편그림 4. 응력집중 계수 측정을 위한 인장 시험편5. Data Sheet▶ 광탄성 감도의 측정표 1. 광탄성 감도의 측정무늬차수(N)1차2차3차하중(kg)감도()하중(kg)감도()하중(kg)감도()14.0770.297253.050.3963334.0770.29725217.330.13988218.340.13211118.350.132111330.580.118931.600.11506529.560.123442.810.11323840.770.118941.790.116556.060.10809154.020.1121756.060.108091668.270.12515869.320.10491267.270.108091평균0.150420.1632480.147424t = 6.02mm , b = 11.89mm※= 0.1537 mm/kg그림 5. 기울기에 의한 감도의 결정▶ 응력집중 계수의 측정표 2. 응력 집중계수의 측정하중(kg)최고차수()응력집중 계수6.1210.467523.4420.24391367.2730.1275102.9540.111089139.6550.102372182.4660.094022220.1870.090903평균0.176757t = 6.54 mm , d = 12.05 mm , b = 40.1 mm※= 0.176757mm/kg(가) 등색선 무늬무늬차수 (개)길이(cm)*************7고찰이번 실험에서 우리는 광탄성 감도 알파를 측정하고 응력집중 계수를 구해보았으며 무늬차수를 관찰하여 응력의 크기와 분포를 알아내어 분석 해보았다.무늬 차수 관찰시 처음 줄무늬가 생기다가 다시 사라지고 새로운 줄무늬가 다시 생겨나는 반복적인 패턴으로 줄무늬 개수를 확인 할 수 있었다.실험 데이터를 보면 이론적인 에폭시 시편의 감도는 0.7 ~ 1 mm/kg 이지만 우리 조의 실험 감도는 이론적인 시편의 감도보다 훨씬 낮게 나왔다는 것을 알 수 있다.그 이유 무늬차수를 관측하는 과정에서 사람이 주관적으로 측정하다보니 잘못된 측정을 할 가능성이 매우 크고 정확한 무늬차수 개수를 측정하는데 육안으로 확인하는데 다소 어려운 점이 있었다.

공학/기술| 2013.05.28| 6페이지| 1,500원| 조회(260)

기계공학실험, 광탄성, 광탄성 실험

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