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인장실험

1. 실험목적판재시편을 인장 시험하여, 그로부터 얻은 하중-변위 선도로부터 재료의 기본 특성을 구하는 요령을 터득하는데 목적을 둔다.2. 실험이론(1) 하중-변위 곡선하중에 의한 변형량을 나타내는 곡선으로 하중은 시험 대상 물체에 가해지는 힘이며 힘의 측정단위로는 N을 사용하는 것을 원칙으로 한다.(2) 공칭응력-공칭변형률 곡선인장시험으로부터 얻어지는 공칭응력과 공칭변형률의 관계를 나타내는 곡선을 말한다.* 공칭응력 : 시험편에 가한 하중을 초기 단면적으로 나눈 값sigma _{n} ``=`P``/`A _{0} 로서 나타낸다.* 공칭변형률 : 시험편의 늘어난 길이(TRIANGLE l)를 초기 표점거리(l _{0})로 나눈 값으로 나 타낸다.e``=`(l-l _{0} )``/`l _{0} ``=` TRIANGLE l``/`l _{0}(3) 진응력-진변형률 곡선인장시험으로부터 얻어지는 진응력과 진변형률의 관계를 나타내는 곡선을 말한다.* 진응력 : 시편에 하중을 가하기 시작하여 길이가 늘어남에 따라 초기 단면적은 점차 감소하므로 순간순간의 응력은 그 순간의 하중을 그 순간의 단 면적으로 (A _{t}) 나누어 구할 수 있는데 이를 진응력sigma _{t} ``=`P``/`A _{t} 라 한다.* 진변형률 : 재료가 하중을 받으면 길이가 계속 늘어나게 되며 실제 변형률은 순 간의 표점 거리에 대한 비율로 나타내어야 한다. 이를 진 변형률(또 는 대수변형률)이라 한다.varepsilon ``=` int _{l _{0}} ^{l} {d varepsilon } ``=` int _{l _{0}} ^{l} {dl/l} ``=`ln(l/l _{0} )(4) 푸아송비푸아송 비는 재료가 인장력의 작용에 따라 그 방향으로 늘어날 때 가로 방향 변형량과 세로 방향 변형량 사이의 비율을 나타내는 값이다.nu =- {epsilon _{x}} over {epsilon _{y}}(5) 탄성계수비례한도 이내의 하중을 시편에 가하여 얻어지는 하중-변형률 선도에서 다음 식을 얻을 수 있다.E= {PL} over {A delta } = {sigma } over {epsilon }(6) 항복점하중을 점점 더 증가시키면 변형률이 급격히 증가하고, 응력은 감소하게 된다. 이때의 현상을 항복이라 하고, 이에 상당하는 응력을 항복점이라 한다.(7) 최대인장응력하중을 더욱더 증가시키면 변형이 증가하면서 응력도 증가의 경향을 나타내고 선도는 최고점에 도달한다. 이점에 상당하는 응력을 말한다.(8) 연신율길이 l?인 봉의 양끝을 크기 F인 힘으로 잡아당겨 늘렸을 때에 봉의 길이가 l로 되었다고 하면, Δl＝l－l?은 봉이 늘어난 길이이다. 힘이 탄성한계 내에서 작용한다면, Δl은 R.훅의 법칙에 따라 가해진 힘의 크기에 비례한다. 이 늘어난 길이를 퍼센트로 나타낸 양, 즉 (Δl/l?)×100이 연신율이 된다.(9) 체적 일정의 법칙소성 변형시 체적은 일정 하여 변화가 없다. 즉 이를 식으로 나타내면 A?l?=Al 이 된다. 탄성한계 내에서 재료에 하중이 가해질 때 가로방향이나 세로방향으로 변형이 일어난다. 이때 변형은 일어나지만 그 재료의 체적은 항상 일정하다.3. 실험 데이터시편번호소재펀치속도(mm/min)두께(mm)나비(mm)표점거리(mm)#02SPHC(900℃)31.91312.4450.0#03SPHC(500℃)31.99212.4950.0#04SPHC(500℃)31.99812.4750.0#05SS40032.01312.5650.0#06SPHC(900℃)32.0112.4350.03. 실험 1 (#2 선택)가. 하중 - 변위 곡선나. 공칭응력 - 공칭변형률 곡선다. 진응력 - 진변형률 곡선라. 결과값탄성계수항복점최대인장응력연신율변형률 속도약 68.29 GPa약 120MPa약 180MPa6.5 %0.001 /s4. 실험 2 (#2, #3, #5 선택)5. 고 찰SPHC 시편을 이용하여 900℃, 500℃, nomal 상황에서의 각각의 하중 - 변위 데이터를 이끌어 냈다. 이후 진응력 - 변형률 곡선과 공칭응력 - 변형률 곡선을 도선화 하여 온도에 따른 상태의 변화를 관찰하였다. 우선 그래프를 비교해 본 결과, 우리가 고체역학 시간에서 배운 대로 진응력 - 변형률 선도가 공칭응력 - 변형률 선도보다 위쪽으로 올라가는 것을 볼 수 있었다. 그리고 온도가 500℃에서는 상태의 변화가 없기 때문에 nomal 한 상태의 시편과 그래프의 형상이 같았으며, 900℃의 시편은 nomal 한 상태의 시편과 다른 형상을 보여주었다. 우선 탄성계수와 시편에서 중요한 최대인장응력이 더 높음을 볼 수 있었다. 그러나 그에 비해 일찍 파단에 이르는 모습 또한 볼 수 있었다. 그러나 파단은 예상과 달리 중앙에서 일어나지 않아 당황스러웠다. 그리고 이에 따른 오차가 발생하는 것이 아닌지 의문이 들었고, 어디에서 문제가 되었는지 의문이 들었다.

자연과학| 2010.08.10| 7페이지| 1,500원| 조회(209)

기계공학실험, 인장, 경북대

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이차운열전도 실험 평가A+최고예요

1. 실험목적한 면이 가열되고 다른 면은 등온 된 3차원 평면 전도체에서 각 그리드 점에서 실험적으로 온도를 측정하고 이 데이터와 그리드를 생성하여 계산한 결과를 비교하여 실험값과 해석결과가 어느 정도의 차이가 있는가를 비교하고 그 차이가 나는 원인을 분석해 봄으로써 열전도의 기본원리와 수치해석에 대한 능력을 배양함에 그 의의를 둔다.2. 이론적 배경dx(m,n+1)dy(m-1,n)(m,n)(m+1,n)(m,n-1)1) 내부에너지 발생이 있는 2차원 정상 열전도 방정식은 다음과 같다.02) 절점 (m,n)에서 온도의 2계 도함수는 다음 식으로 나타내진다.3) 점 (m,n)에서의 온도 계산은 다음 식으로 나타내진다.++= 0(1) 방정식 유도가. 열전도 방정식의 유도*직각좌표계를 사용하는 열전도방정식의 유도밀폐계인 요소체적에 에너지 보존법칙 적용*일정고체로 구성되는 밀폐계 체적:밀도:열역학 제1법칙계로 전달되는 열량:고체내부에서 발생되는 열량:고체는 비압축성으로 계에로의 일은 없다따라서 계내의 내부에너지 변화=계로의 열전달+계내부의 열발생양변을로 나누고가 매우 적다면가 된다.이 계의 질량은 고정되어 있으므로비압축성고체이므로이 식을 요소체적에 적용하면 V=-----(1)온도 T는 시간에 대한 함수인 동시에 공간좌표의 함수이므로 도함수는 편미분이다.: 체적의 경계를 통과하는 전도에 의한 열전달*면을 통과하는 열유입율(rate of heat inflow=inflow heat flux)*면을 통과하는 열유출율(outflow heat flux)방향으로의 실제 열유입율유출열유속(outflow heat flux)을 Taylor 급수로 전개하면*Taylor급수고차항을 생략하고방향으로의 실제 열유입율을 구하면같은 방법으로방향에 대한 항들을 구하면 전도에 의해 체적으로 전달되는 실제 열전달는-----(2)체적 내에서의 열에너지발생율는=-----(3):내부 또는 체적열발생율(volumetric heat generation rate)식 (2), (3)을 식(1)에 대입하고로 나누면-----(4)식(4)의에 대해 Fourier법칙인을 代入하면내부 열발생이 없다면=0Fourier 방정식-----(5)이 방정식은 고체 내부에서의 온도분포를 기술한다.열확산계수와 고체내부 온도변화와의 연관성을 이 방정식으로부터 알 수 있으며,열확산계수는 내부 열발생이 없을 때 고체내부의 온도변화에 영향을 주는 유일한 물리적 물성이다. 열확산계수는 열전도계수의 체적열용량에 대한 비로써가 클수록 온도변화가 더 빨리 고체를 통해서 전파됨을 의미한다.정상상태(시간의 변화에 따른 온도변화가 없는 경우)이면서 내부 열발생이 없는 경우Laplace 방정식-----(6)나.이차 도함수를 생각해보자. 아래의 그림을 참조하면 질점 m, n 에서의 이 도함수의 값을 다음과 같이 근사화 할 수 있다.--------①온도 구배 역시 질점 온도들의 함수로 서 나타낼 수 있다. 즉 다음과 같다.--------②--------③식 ② ③ 을 식 ①에 대입하면 다음과 같은 식을 얻을 수 있다.---------④같은 방법에 의하면 다음과 같은 식을 얻을 수 있다.---------??X = ?Y 인 망상조직을 사용하고, ④ ? 식을 대입하면에 대입하면 다음과 같은 식을 얻을 수 있다.3. 실험방법 및 장치(1) 실험방법구리와 아크릴 재질의 각 그리드 점에 열전대(Thermocouple)를 심어 놓고 히터(Heater)가 부착된 면에 전원를 이용하여 열원을 공급함으로서 한쪽 면은 가열되고 나머지 세면은 등온조건을 가지게 하여 어느 정도 시간이 지난 뒤에 정상상태에 이르면 각 점에서 온도를 측정한다.① 전원에 시편에 있는 입력단자를 연결한 후 전원을 켠다.② PC를 켜고 데이터 처리 프로그램을 작동시킨다.③ 컴퓨터 모니터 상에 나타나는 각 그리도 점에서 온도가 변화가 없을 때까지 기 다린다.④ 정상상태에 이르면 데이터를 출력하고 시편을 바꾸어 똑같은 과정을 반복한다.4. 실험결과 및 분석(1) 실험결과구분온도(℃)test section 1온도(℃)test section 1비고Heated side43.153.5grid point 136.642.0grid point 237.242.6grid point 337.843.8grid point 436.742.0grid point 537.242.7grid point 638.043.8(2) 측정값 VS 해석값 비교가. 해석값 찾기 -410100= -50200-410= -251-41010= -250201-41= 001-4001= -68.100201-4= -43.1-410100= -50200-410= -251-41010= -250201-41= 001-4001= -78.500201-4= -53.5-0.3304-0.0982-0.1250-0.0625-0.0446-0.0268-50=-0.1250-0.0625-0.3750-0.1250-0.1250-0.0625-25=-0.0446-0.0268-0.1250-0.0625-0.3304-0.0982-25=-0.1964-0.3304-0.1250-0.1250-0.0536-0.04460=-0.1250-0.1250-0.2500-0.3750-0.1250-0.1250-68.1=-0.2536-0.0446-0.1250-0.1250-0.1964-0.3304-43.1=구분측정값해석값비고Heated side43.143.1grid point 136.626.29grid point 237.228.39grid point 337.832.75grid point 436.726.77grid point 537.229.52grid point 638.044.53-0.3304-0.0982-0.1250-0.0625-0.0446-0.0268-50=-0.1250-0.0625-0.3750-0.1250-0.1250-0.0625-25=-0.0446-0.0268-0.1250-0.0625-0.3304-0.0982-25=-0.1964-0.3304-0.1250-0.1250-0.0536-0.04460=-0.1250-0.1250-0.2500-0.3750-0.1250-0.1250-78.5=-0.2536-0.0446-0.1250-0.1250-0.1964-0.3304-53.5=구분측정값해석값비고Heated side53.553.5grid point 142.027.03grid point 242.628.46grid point 343.837.21grid point 442.027.79grid point 542.732.12grid point 643.850.01? 두 번의 실험을 거쳐 해석값과 측정값을 비교해 보았다. 해석값은 matlab을 이용하여 구하였으며, 해석값과 측정값 사이에 큰 차이가 있음을 확인하였다. 우선 우리는 2차원 열전도 실험을 시행하였다. 그러나 시편은 3차원의 시편을 사용하였다. 물론 실험장비의 부족과 실험하기 위한 환경적인 요소로 실험의 과정을 바꾸어 할 수 밖에 없었다. 3차원 시편이기에 열이 빠져나가는 곳도 많았고, 2차원 열전도 방정식을 이용하는데도 한계가 있다고 생각한다. 측정값과 해석값에서 큰 차이를 보였지만, 우리가 실험 전에 예상한 grid point 4, 5, 6 이 온도가 높게 나올 것이고, 특히 grid point 6 이 가장 높을 것이라는 예상은 맞았다. 표면과 가까이에 있는 grid point 1, 2, 3 은 열의 방출이 많았고, 열을 시편 아래에서 가열하였기에 시편 아래쪽에 위치한 grid point 3, 6이 비교적 높은 온도로 측정되었다.5. 고 찰실험장비의 부족과 실험하기 위한 환경이 그렇게 알맞지 못하여 실험의 목표를 약간 바꾸어 실험을 진행 할 수 밖에 없었다. 총 아홉 점을 측정하여야 하지만, 대칭점들이 같은 온도일 거라 예상하고 여섯 점을 측정하였다. 총 2번의 실험을 진행하였다. 우선 측정값과 해석값의 큰 오차를 보였다. 이는 방안의 온도 등 환경적인 요인을 고려하지 않았고, 대류 에너지의 영향을 무시했으며, 원래 한 번에 여섯 점을 모두 측정하여야 하지만 장비적인 부족으로 하나하나 측정함으로써 실험의 오차를 더욱 더 크게 만들었다고 생각한다. 조금이나마 오차를 줄이기 위해 온도가 낮을 것이라고 가정한 위쪽부터 온도를 측정하기는 했지만, 시간의 경과함에 따라 열을 받은 양이 다르기 때문에 이 또한 무시할 수 없는 오차를 만들었을 것이다.그래도 실험의 결과는 우리가 예상한 결과로 도출되었다. 양 끝의 온도보다는 중앙의 온도가 높게 나타났으며, 시편의 위보다는 아래쪽의 온도가 높게 나타났다. 이는 가장자리는 대기와 접촉하기 때문에 열을 빼앗기는 양이 많고, 열을 아래에서 가하기 때문에 위쪽보다는 아래쪽이 더욱 더 많은 열을 받을 수 있었다. 열을 받는 지점에서 멀어 질수록, 열전도도가 떨어져 온도가 낮아지는 것을 확인 할 수 있었다.이번학기에 열전달 수업을 수강하지 않아서 실험이 뜻하는 것이 무엇이며, 알고자 하는 것이 무엇인지 파악하기가 쉽지만은 않았다. 하지만 실험을 진행하고 해석값을 구하여 비교해봄으로써 측정값의 오차에 대해서도 생각해보았고, 열의 전달 현상에 대해서도 알 수 있는 뜻 깊은 실험 이였다.

자연과학| 2010.08.10| 9페이지| 1,500원| 조회(288)

기계공학실험, 경북대학교, 이차원열전도

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유체역학 실험

1. 실험목적부력의 작용하는 형태의 부체들을 부체 안정 실험 장치를 사용하여 다양한 높이에서의 중력중심에 대하여 분석 및 계산을 수행하고 계산한 안정성에 관하여 비교하여 본다.2. 이론적 배경부력이 작용하는 형태의 부체들은 부체 안정 실험 장치를 사용함으로써 양을 잴 수 있고 분석을 할 수 있다. 이 안정성은 중력 중심의 위치, 특히 부력의 중심에 관계한 위치에 의존한다는 것을 알 수 있다. 이것은 안전성의 측정으로써 경심 높이정의를 할 수 있다. 액체 표면을 떠다니는 배와 같은 부체의 안정성에 관한 질문은 중요한 문제 중 하나이다. 평형상태가 안정, 중립, 불안정한지에 따라 중력 중심의 높이를 계산할 수 있다. 그리고 이 실험에서는 폰툰(pontoon)의 안정성은 다양한 높이에서의 중력중심에 대하여 계산을 할 수 있다.그림(a) 부체의 무게는 중력 G의 중심을 통해 아래쪽으로 수직적으로 작용한다. 이것은 부력 B의 중심을 통해 위쪽으로 작용하여 평형을 유지한다.그림(b) 시스템의 안정성을 알아보기 위해 평형위치로부터만큼의 변형을 고려한다. 폰툰에 의해 놓여진 액체 중력의 중심은 B에서 B₁으로 이동한다. 조정 가능한 무게가 중심위치로부터₁ 만큼 이동하였다고 가정한다. 만일 부체의 전체 무게가 W라면, 폰툰의 평행방향에서 전체 중력의 중심은₁가 된다. 이 운동 과정이각에서 새로운 평형 위치가 된다면 G₁은 전체중력의 중심위치가 된다.(12-1)기하학적인 특징으로부터(12-2)(12-3)식 (12-1)과 식 (12-2)로부터(12-4)경심의 높이는를 알고,를 측정함으로써 구할 수 있다. 실험적인 계산과는 달리 BM은 사용한 액체의 체적과 폰툰의 측정으로부터 구할 수 있다.(b)그림을 보면 부력의 중심이 B₁으로 이동하였기 때문에 B에 대한 남아 있던 모멘트가 중심에서에 의해 부차적인 부력이 발생하고에 의한 부력을 제거한다. 이 성분은 평면도에서 면적, 높이인 부피를 가진다.가 액체의 무게일 때 이 성분에 의해 놓여진 액체의 무게는, 이는 이 성분에 의한 부차적인 부력을 나타낸다. B에 대한 부력의 성분 모멘트가이기 때문에 B에 대한 남아있는 모멘트는 다음과 같이 나타낼 수 있다.적분을 I에 관해 나타내면,(12-5)XX평면에 관한 이차 모멘트로 나타낼 수 있다.B에 관한 남아있는 전체적인 모멘트 역시 전체 부력으로 나타낼 수 있는데, 이는 다음과 같다.식(12-5)로부터(12-6)(b)그름의 기하학적 측면을 따르면,(12-7)폰툰의 측정과 사용한 액체의 부피에 의한 이 계산은 정확한 실험 결과를 이끌 수 있다. 직사각형의 폰툰에서 물 표면 아래에 위치한 B는 전체 물에 잠긴 깊이의 반과 같다. 그리고 I는 다음과 같이 나타낼 수 있다.(12-8)3. 실험방법장치의 전체 무게(두개의 마그네틱 무게 포함)를 기록하여 부체 거버에 부착한다. 옆쪽에 조작할 수 있는 무게(w)를 기입한다. 이 두 개 값의 합이 폰툰의 전체 무게 W이다.a) 두 개의 마그네틱 무게를 폰툰에 맞춘다.b) 장치의 구멍안으로 정확한 무게의 두꺼운 매듭있는 끈을 맞추고, 중심선을 찾아라.c) 조정가능한 무게를 가장 낮은 줄의 중심선의 V슬롯에 고정시키고 폰툰을 두꺼 운 끈 끝으로부터 매달아라. 중심선을 찾아 기록해라.d) 다른 네 줄에 대해 c) 단계를 반복해라.각 중의 중심에 조정 가능한 무게를 위치함으로 폰툰을 물에서 띄울 수 있고, 균형을 잡을 수 있다. 이 장치가 정확하게 균형을 잡았을 때, 조정 가능한 무게 를 각각 다섯줄에서 중심선으로부터 옆으로 이동 시킨다. 각각의 위치에서, 변 위는 장치 위쪽으로부터의 각으로 계산 할 수 있다.4. 실험결과 및 분석(1) 실험결과? 전체무게(W) : 2.690(폰툰)+0.39 = 3.080 kg? 조정가능한 무게 = 0.390 kg? 폰툰의 폭(D) = 205 mm? 푼툰의 길이(L) = 360 mm? 너비의 이차 모멘트==? 체적,=?? 폰툰의 침수 깊이=? 부력 중심의 깊이 L, D가 mm일 때,=그림 12-3그림 12-3은 사용하는 장치의 치수를 대략적으로 나타낸 것이다. 높이을 측정할 때, 폰툰의 안쪽 바닥에서의 측정은 불편함으로 금속 두께의 바닥도 같이 측정한다. G(의 값)의 위치와 이에 따른 y의 값은 실험 전에 기록한다.의 높이는 조정가능한 무게의 높이에 따라 다양해진다. 이것은 다음 방정식을 나타낸다.(12-9)임으로,를 알면 A를 구할 수 있다.이때 A는 폰툰 중력 중심과 조정가능한 무게의 높이에 속하고 일정한 값을 갖는다. 조정가능한 무게의 높이의 측면운동으로 행해진 각도 값은 테이블에 기록한다. 어느쪽이 (-)인지 정하고 그쪽을 (-)로 잡아라. 왼쪽(-) 오른쪽(+)로하였다.가. 실험데이터추의 높이(㎜)(G)중심 이동 추의 수평 변위(degree)60-45-30-1*************87505265807.53.803.87.5*************55667.552.502.557.5100598.56.54.22024.26.58.5무게의 측면 위치에 따른 각도 변동320mm 265mm 210mm 155mm 100mm나. 이론적 계산=0.0838-0.02087=0.06293추의 높이(㎜)BM(mm)h(mm)A(mm)CM(mm)32083.841.7346.4862.93265210155100다. 최종 계산값- 각 추의 높이에 따른 GM값- 각 추의 높이에 따른 CG값- 각 추의 높이에 따른 CM값 :추의 높이(㎜)(mm/°)CG(mm)GM(mm)CM(mm)320345.3921.8467.232654.0538.4129.4967.90210531.4236.4067.82155624.4443.6868.121006.9417.4550.5267.975. 고 찰이번 실험은 유체역학의 부체의 안정성에 관한 실험을 진행하였다. 작년 유체역학 수업을 들으면서 부력과 안정성이라는 부분을 배운 적이 있는데 이를 상기하면서 실험에 임하였다.결과를 분석해 보자면, 가장 아랫층의 GM값이 가장 크기 때문에 복원력 또한 나머지 층들에 비해서 좋다고 할 수 있다. 또한 이론상의 CM값과 측정한 CM값의 오차는 상당히 크다. 이는 이론상의 CM값과 측정한 CM값을 비교하기 위해 CM값을 평균을 내는 것이 아니기 때문이다. 왜냐하면 이론적으로 구하였을 때의 조건이 배가 기울어지지 않은 평행 상태에서 CM값을 도출했기 때문이다. 부체가 기울어지지 않은 평행 상태란

자연과학| 2010.08.10| 7페이지| 1,500원| 조회(271)

기계공학실험, 유체역학, 경북대학교

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표현거칠기 실험

1. 실험목적산업발달과 더불어 기계공업 제품의 품질향상과 경제적인 가공을 위한 요구가 높아지면서 생산성 향상을 위하여 절삭가공 공정이 차지하는 비중은 날로 증가하고 있으며 공작기계에 의한 절삭가공은 제작할 부품의 모양, 구비할 기계적인 강도 및 생산수량에 따라 적당한 재료와 가공법을 선정하고 가장 경제적인 생산을 하는 것은 매우 중요한 과제라 할 수 있다. 선삭 가공 시 공구재료와 공구형상, 절삭저항, 절삭속도, 이송, 절삭유의 유무 등의 가공조건은 공구수명, 공작물의 형상치수, 가공면의 거칠기 뿐만 아니라 절삭동력 등에도 많은 영향을 미치게 된다.따라서 이번 실험에서는 SM45C 소재의 이송속도를 달리 하면서 외경 선삭가공을 실시할 때 표면거칠기의 변화를 알아본다. 표면 거칠기를 측정하고, 이론적인 표면거칠기와 실제 표면거칠기와의 차를 비교?고찰한다.2. 실험 장치(1) 작동원리피측정물의 표면을 다이아몬드 촉침(반경5um)으로 긁어서 불규칙한 면의 확대된 단면을 증폭하여 표현하는 촉침식이다. 이 장치는촉침끝에서 생기는 수직방향의 운동을 표면의 불규칙한 높이에따라 변동이 예민한 볼트로 변환하는 트레이서(tracer), 트에이서를 움직이게 하는 이송장치(profilometer), 그리고 앰프 등으로 구성되어 있다. 이 앰프는 트레이서에서 전압을 받아 증폭하고 디지털 값으로 표현하거나 차트기로기 위에 나타나도록 반복하여 계산한다. 이 과정이 연속적으로 작동되는 것이다.3. 실험 방법① 배포된 아크릴 봉을 설계값 대로 2가지의 이송량에 따라 외경을 선반 가공한 다.(0.271, 0.345, 0.493mm)② 측정하고자 하는 부분에 이물질이 없도록 깨끗이 닦는다.③ 측정물을 플랫폼 위에 올려두고 다음 그림과 같이 Drive를 측정물과 나란하게 올려 놓는다.④ ON 스위치를 눌러 측정기의 전원을 켠다.⑤ 아크릴봉과 SJ-301이 수직 수평이 되도록 잘 맞춘다.⑥ 그리고 센서 부분이 적절한 높이에 오도록 맞춘다.⑦ 시작 버튼을 누른다.⑧ 세가지 아크릴봉을 각각 두 번씩 실시 하여 평균값을 기록한다.4. 실험결과 및 분석(1) 실험결과feed[mm]측정값(Rmax)[μm]평균값표준시편 오차적용후측정값(Ra)[μm]평균값표준시편 오차적용후이론값(Rmax)[mm]오차[μm]0.27125.2024.69522.9954.955.045.940.01147511.5224.195.130.34527.3027.09525.3955.755.746.640.0185986.79726.895.730.49336.8937.65535.9558.678.579.470.037976-2.01538.428.47※ 표준시편RaRmax표준시편2.94μm9.3μm실제측정2.75μm11.0μm오 차+0.9μm-1.7μm(2) 결과 및 고찰1. 측정데이터에서 여러 parameter중 어떤 값이 실제값에 해당된다고 생각하는 가? 그렇게 생각하는 이유는 무엇인가?- 기계요소표면의 거칠기는 여러 형태의 거칠기가 복합적으로 구성되어 있어서, 거칠기 자체를 하나의 숫자로 표시하기 어렵고, 거칠기 높낮이를 말하는 진폭크기의 평균 이라든가, 거칠기 간격의 평균이라든지, 이와 같이 통계적 처리를 하게 된다. Ra값은 우연히 나타나는 한 두개의 돌출된 산이나 골의 영향이 적고 평균값이므로 더 실제값에 가깝다고 생각 한다.2. 이론적인 표면거칠기 값과 실제값이 틀린 이유는 무엇인가?- 우선 이론적인 표면거칠기 값 계산에 사용된 식에 있어서 공구노즈 반지름을 0.8mm로 가정하였고,(실제로는 0.8mm보다 더 클수도, 더 작을수도 있을 것이다.) 실험에 사용된 조도 측정기의 촉침이 실제 표면의 골과 골 사이보다 크다면 측정하지 못하고 지나쳤을 수도 있다. 또한, 실제 표면거칠기를 측정하는 실험 과정에서 주변 환경의 영향을 많이 받아서 거칠기 측정에 오차가 생겼을 수도 있다. 예를 들면 표면에 예상치 못한 먼지나 주변의 진동, 사람의 목소리 울림, 실험자의 실수, 기계의 노후 등으로 인한 성능의 저하 등이 있겠다.3. 표면거칠기의 중요성에 대해 기술하시오.- 기계 가공 표면은 대체로 선삭, 밀링, 연삭, 랩핑, 호닝등 금속가공에 의해 이루어진다. 이때 사용한 공작기계의 종류에 따라 가공품의 표면 거칠기 형태가 변화한다. 같은 공작기계를 사용했을 경우에도 기계의 마모, 절삭공구의 조건, 가공표면의 성분, 절삭방법, 작업자의 습관, 환경의 조건에 따라 그 치수 및 표면 거칠기가 달라진다. 따라서 부품의 생산 후 완제품이 될 때까지 어떤 형태의 통제를 통하는 방법으로, 가장 널리 사용되는 방법이 측정이다. 측정의 결과로서 제품이 설계 규격으로부터 얼마만큼의 오차를 갖고 생산 하는데 사용된 공작기계 자체의 정밀도까지도 통제할 수 있는 것이다. 생산과정에 있어서 어느 조그만 변화라도 가장 민감하게 영향을 받는 것이 바로 표면 거칠기이다. 이는 마치 제품의 지문과 같고 생산 과정 중, 거의 마지막 단계에서 측정되기 때문에 거칠기 측정은 제품의 규격 통제에 있어서 가장 효율적인 방법 중의 하나이다. 제품의 외관을 좋게 하여 소비자의 구매력을 자극하고, 기계적 기능과 수명을 연장하여 고객의 신뢰를 유지하며 보건, 위생상의 안전을 위해서, 또한 현대 기술력의 영역이 나노 영역까지 확장되어 감에 따라 표면 거칠기의 중요성은 점점 더 높아지고 있다. 기계가공 분야에서 뿐만 아니라, 정보산업, 생명공학, 우주공학 등 다양한 산업분야에서 고려되어야 할 기술 중의 하나이다.4. 공구노즐반지름이 Rn 일때, Taylor series를 이용하여 이론적인 표면거칠기 값 이 Rth =이 됨을 유도하시오.- 공구노즈반지름이 Rn인 경우양변에 8Rn (Rn=0.8mm)을 곱하면5. 이번 실험에 대해서 느낀 점, 개선점을 쓰시오.- 이번 실험은 공구물을 표면 조도 측정기를 이용하여 표면거칠기를 측정하는 실험이었다. 표면거칠기는 가공 과정에서 필연적으로 발생하는 규칙적이거나 불규칙적인 요철을 말한다. 기계 부품이 요철이 없는 이상적인 표면을 갖도록 제작하는 것은 생산적으로 불가능하며, 필요 이상으로 표면을 매끄럽게 다듬는 것은 비경제적이다. 그러므로 기계 부품은 그 사용 목적과 기능에 따라 적절하게 다듬어져야 한다. 이러한 중요성 때문에 이번실험에서는 표면 거칠기에 대해 살펴보게 되었다. 우리는 3가자의 아크릴 봉의 표면의 거칠기를 측정하였다. 조교님의 시범과 설명을 들은 뒤 우리가 직접 조도 측정기를 조작하여 실험을 진행하였다. 조도 측정기가 아크릴 봉과 센서가 나란하지 않으면 정확한 측정이 안 된다고 하여서 화면에 네모막대가 가운데 오도록 잘 조절하였다. 측정된 값들은 여러 가지 파라미터 값으로 출력되었다. 결과적으로, feed 값이 증가할수록 표면 거칠기 값들도 전체적으로 증가함을 알 수 있었다. 현재 계측공학 시간에서 배우듯이 우리는 오차가 없는 정확한 값을 알 수가 없다. 그래서 어느 정도의 오차는 감안을 하였고, 그래도 작은 오차를 줄이기 위해 각각 두 번의 실험으로 평균값을 적용시켜 결과를 도출하였다.

자연과학| 2010.08.10| 5페이지| 1,500원| 조회(256)

기계공학실험, 경북대, 표면거칠기

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보의 굽힘 평가A+최고예요

4 - 1. 보의 휨 모멘트 측정실험1. 하중과 모멘트의 비례관계 도출1. 실험목적보의 휨 모멘트 측정을 실시한다. 하중(힘)과 작용점에 따라 달라지는 모멘트의 크기를 직접 확인하고 모멘트 이론을 이해한다.2. 이론적 배경이 실험은 어떻게 굽힘 모멘트가 하중위치에 따라 변화하는지 측정하는 것이다. 아래의 그림에 보에 작용하는 힘에 대한 힘 다이어그램(force diagram)을 나타내었다.이 실험에서 사용하는 굽힘 모멘트(bending moment)방정식은 다음과 같다.BM(at cut)=다음 표는 질량을 부하하중으로 바꾸는 작업에 유용하다.질량(g)부하하중(=질량*g, N)1000.982001.963002.944003.925004.93. 실험방법① 디지털 측정기가 하중을 가하기 전에 0인지 확인하라.② 절단면에 추 100g을 가한다. 디지털 힘 측정계를 읽어 나타난 하중을 기록한다.③ 100g, 200g, 300g, 400g 그리고 500g의 질량을 사용하여 반복한다.④ 질량을 하중 N으로 변환하고 굽힘 모멘트를 구한다.단, 절단면에서의 굽힘 모멘트 = 표시된 힘 × 0.125⑤ 절단면에서의 이론적인 굽힘 모멘트를 계산하고 표를 완성하라.4. 실험결과질량(g)부하하중(N)실측하중(N)실측 굽힘 모멘트(Nm)이론 굽힘 모멘트(Nm)000001000.980.70.08750.09352001.961.50.18750.18713002.942.20.2750.28064003.922.90.36250.37425004.93.60.450.4677실험2. 하중에 부하된 점에서 떨어진 점의 모멘트1. 실험목적보의 휨 모멘트 측정의 두 번째 실험으로서, 다양한 하중 조건하에서 빔의 절단위치(cut position)에 따라 어떻게 굽힘 모멘트가 변화하는지 측정한다.2. 이론적 배경이 실험은 다양한 하중 조건하에서빔의 절단위치(cut position)에 따라 어떻게 굽힘 모멘트가 변화하는지 측정하는 것이다. 여기서 절단에서의 굽힘 모멘트라고 하는 것은 절단에 의해서 왼쪽 혹은 오른쪽에 작용하는 하중에 의해 야기되는 모멘트의 합을 의미한다.3. 실험방법① 디지털 측정기가 하중을 가하기 전에 0인지 확인한다.② 각각의 위치에 추를 걸어서 보에 하중을 가하고 디지털 힘 측정계를 읽어 하중을 기록해 나간다.③ 하중으로부터 굽힘 모멘트를 다음 식에 따라 구한다.단, 절단면에서의 굽힘 모멘트 = 표시된 힘 × 0.125④ 지지점에서의 반력 (,)와 절단부에서 이론적 굽힘 모멘트를 구하라.⑤ 그림 4-5 과 그림 4-6에 대해서도 동일하게 반복하라⑥ 실험 결과와 이론 결과를 비교하여 고찰하라.4. 실험 결과실험번호W1W2하중(N)실측 굽힘 모멘트(Nm)RA(N)RB(N)이론 굽힘 모멘트(Nm)4-43.92--1.4-0.1755.1673-1.2473-0.17464-51.963.923.40.4252.58363.29630.46144-64.913.923.60.452.58826.24180.4818①= 3.92N실험 4-4②= 1.96N ,= 3.92N실험 4-5③= 4.91N ,= 3.92N실험 4-64 - 2. 보의 처짐실험3. 단순지지 보의 소성 휨 측정1. 실험 목적보의 과대하중이 작용 시 소성 처짐이 발생하는 것을 관찰하고, 보의 소성 파괴 모드를 이해한다.2. 실험 종류1) 단순보의 소성 휨 거동 측정2) 항복 응력을 얻기 위한 캔틸레버 보의 실험3. 실험 장치보의 소성 휨 실험 장치(STR 15)4. 이론적 배경보의 설계 시 어떤 부분이라도 적용 재료의 허용범위 보다 많은 응력이 가하지 않도록 해야 한다. 그러나 보는 큰 힘이 작용하면 탄성이론에서 예상하는 것보다 붕괴하기 전에 훨씬 큰 하중을 견딘다는 것을 알 수 있다. 이유는 그림과 휨 방정식을 통해 설명한다.M = 휨 모멘트(Nm)I = 단면 2차 모멘트(m4)σ = 응력(N/m2)y = 중립축으로부터의 거리(m)(휨 방정식)중립축 주위에서 보가 구부려지면 응력은 중립축으로부터의 거리에 비례한다. 중립축은(y=0) 응력이 영이 되고 제일 외각에 있는 섬유(extreme fiber)는 최대가 된다.보의 휨 모멘트가 증가하면 중립축에서 거리에 비례하여 응력이 증가하게 되고 제일 외각의 재료가 먼저 소성 항복하기 시작한다. 그러나 아직 재료내부는 탄성 상태를 유지하여 보는 외부 하중에 견딜 수 있는 상태가 된다. 휨 모멘트가 계속 증가한다면 소성 부분은 보 내부 쪽으로 향하여 탄성 코어는 작아지게 된다. 이것은 부분 소성 상태라 하고 이 그림 a에 나타내었다.보에 작용하는 굽힘 모멘트가 더욱 증가하면 재료 내부의 탄성영역이 작아져 결국 소멸하여 보가 완전 소성에 달하게 된다. 이 상태가 되면 재료는 소성 힌지(plastic hinge)의 형태가 되어 더 이상의 휨 모멘트에도 저항할 수 없게 되어 재료가 붕괴하게 된다.(그림 (b))소성 붕괴시점에서의 모멘트와 제일 외각에서의 소성 개시시점에서의 모멘트의 비를 형상 인자(form factor)라고 한다. 이 형상인자는 전적으로 보의 형상에 의존하고 크기나 재료 또는 고정 조건에는 의존하지 않는다.그림 (a) 보의 부분 소성 상태 그림 (b) 보의 완전 소성 상태5. 실험 방법① 실험에서는 보 시편 단면과 시편의 단면 2차 모멘트를 계산한다.② 클램프 판을 제거하고 보 시편을 장치의 척에 놓는다.③ 롤러를 구조의 바깥쪽으로 정지 위치까지 민다. 로드 셀 고리에 핀을 걸고 핀이 보 시편에 도달할 때까지 로드 셀을 내려 로드 셀과 인디케이터가 모두 영이 되게 한다.④ 로드 셀이 2mm의 변형을 주도록 내려서 하중을 측정한다.⑤ 2mm씩 내려가면서 로드 셀에 하중 변화가 매우 작을 때까지 계속한다.⑥ 결과를 표 4-4에 입력한다.⑦ 그래프는 힘-변형 관계를 그리고 결과에 대해서 논하라.⑧ 소성 붕괴할 때의 하중을 적고 휨 모멘트 도표를 이용하여 소성 붕괴 모멘트 MP을 계산한다.⑨ 하중을 풀고 보를 제거한다. 붕괴된 보의 형상을 그린다.6. 실험 결과처짐(mm)부하 하중(N)003**************************5*************1**************************48251※ 형상계수 구하기이것은 사각 보에 대한 형상 계수의 이론값 1.5와는 약간의 차이가 있었다.6. 고 찰이번 실험은 기계공학 실험의 마지막 실험으로서 보의 굽힘에 대해 실험을 진행하였다. 고체역학에서 배운 적이 있는 모멘트와 하중의 관계와 떨어진 점에서의 모멘트, 그리고 소성 휨을 측정하여 형상계수를 구하는 것이였다. 이론적인 부분을 배운 생태라 실험의 결과를 작성하는데 큰 어려움은 없었다.

자연과학| 2010.08.10| 10페이지| 1,500원| 조회(389)

기계공학실험, 경북대학교, 보의굽힘

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