[기계공학] 실험 4. 광탄성 실험

소개글

기계공학 응용실험 - #4. 광탄성 실험

목차

1. 실험목적
2. 실험내용 및 이론적 배경
(1) 광탄성(Photoelasticity)
(2) 정량 분석
3. 실험장비 및 구성
4. 실험순서 및 방법
5. 실험 결과
6. 결론 및 고찰

본문내용

2. 실험내용 및 이론적 배경
(1) 광탄성(Photoelasticity)
오늘날 여러 가지 재료의 응력 상태를 탄성학에 의해서 해석적으로 해결하고는 있으나 복잡한 형상을 가진 부재의 해석은 수학적인 방법에 의해서 풀 수 없으므로 Grid, Brittle Coating, Strain gauge, 그리고 Optics(광탄성, 모아레 간섭)등과 같은 실험적인 방법으로 많은 문제를 해결하고 있다.
고체가 하중을 받을 때, 물체 내부에는 응력이 생기게 되는데, 이러한 응력은 각각의 분자들이 상대적 위치의 변화에 관계된다. 투과성이 있는 물체의 경우에는 분자의 배열의 변화가 굴절율의 차를 일으키게 되고 이로서 복굴절이 생기게 되는데 이러한 현상을 광탄성(Photoelasticity)라 한다.
아래 그림 1에서 편광된 빛(polarized light)이 하중을 받는 투명한 물체를 지나면 두 개의 선형 편광된 직교하는 광파(전체 전기장의 x와 y성분)를 주응력(principal stress)의 방향과 관계된 굴절면(planes of refraction)방향으로 나타낼 수 있고 주응력 차에 의하여 굴절율 차가 나타난다. Analizer(검광기)를 통하여 투관된 빛을 보면 굴절율 차에 따라서 투과된 빛의 색깔이 다르게 나타나며 색깔의 분석을 통하여 주응력차를 알 수 있다. 색깔이 일정한 모든 점들의 위치를 등색선(isochomatic line)이라 한다. 그리고 polarizer와 analyzer를 서로 직교하도록 놓은 편광기르 f사용하여 등경사선(isochlinic line)이라는 검은 영역을 만드는데 이로부터 주응력 방향을 파악할 수 있다.
이 광탄성 방법은 1816년 David Brewster가 응력을 받고있는 유리에 편광을 투과시키면 응력에 따라 화려한 색채 모형이 나타난다는 것을 발표함으로써 발전되게 되었다. 이 방법은 평면 응력(plane stress)의 해석에 국한되지 않고 3차원 응력(three-dimensional stress)까지도 해결하여 널리 공학 문제 해결에 공헌하고 있다.

참고 자료

1) 기계공학응용실험, 기계공학실험교재편찬회, 2005.
2) J.M.Gere, "Mechanics of Materials", 5th Ed. Brooks, Cole, 2001.