본문내용
1. 인장 실험
1.1. 실험 목적
본 실험에서는 인장 실험을 통하여 다음과 같은 실험목적을 달성하고자 한다. 첫째, 인장 실험에 사용되는 시험기의 사용 방법을 습득하고, 재료의 강도 해석에 사용되는 기본적인 역학적 파라미터의 측정 방법과 원리를 이해하는 것이다. 둘째, 재료에 가해지는 하중과 측정된 변위 사이의 관계를 나타내는 재료의 기계적 거동을 이해하고, 이로부터 재료의 기계적 특성을 결정하는 탄성계수, 항복강도, 인장강도, 연신율, 단면수축률 등과 같은 물성치를 이해하는 것이다. 마지막으로, Steel과 AL의 평균물성치를 측정하고 Steel과 AL의 물성치 및 그래프가 어떻게 다르고 그 이유가 무엇인지 분석하는 것이다.
1.2. 실험 순서 및 방법
"시편의 width, thickness, 표점거리를 측정한다." 시편의 전체 치수를 버니어캘리퍼로 측정하여 기록한다.
"인장시험기를 작동시킨 후 시편을 물리지 않은 상태로 영점을 맞춘다." 인장시험기를 작동시켜 시편을 고정하기 전에 영점을 맞춰 실험 전 초기 상태를 설정한다.
"실험 조건을 입력한다." 인장시험기의 매개변수, 실험 환경 등 실험에 필요한 조건들을 입력한다.
"시편을 물리고 하중을 가한다." 측정할 시편을 인장시험기에 고정한 후 하중을 점진적으로 가한다.
"시편이 파단되면 시험기로부터 시편을 제거하고 파단 시편의 width, thickness, 표점거리를 측정한다." 시편이 파단되면 시험기에서 분리하고 파단된 시편의 치수를 다시 측정한다.
"인장시험기를 초기의 위치로 복구하고 다음 시편을 물린다." 실험 종료 후 시험기를 초기 상태로 되돌리고 다음 시편을 준비한다.
"Steel 시편 3개, AL 시편 3개에 대해 ①~⑥의 과정을 반복한다." 위 과정을 Steel 시편 3개와 AL 시편 3개에 대해 각각 반복 수행한다.
1.3. 실험장치 및 구성
[실험장치 및 구성]
인장 실험을 진행하기 위해서는 인장시험기, 버니어 캘리퍼스, 시편 등의 실험장치와 구성품이 필요하다.
먼저, 인장시험기는 시편을 물려 파단까지 하중을 가해 인장강도 및 파단강도를 측정하는 장치이다. 실험에 사용된 인장시험기는 [그림 1]과 같다.
다음으로 버니어 캘리퍼스는 시편의 인장 전후의 width, thickness, 표점거리를 정밀하게 측정하는 도구이다. [그림 2]와 같은 버니어 캘리퍼스를 사용하였다.
마지막으로 시편은 탄성계수, 항복점, 강도, 연신율, 단면수축률과 같은 물성치를 측정하기 위한 실험용 재료이다. [그림 3]에서 볼 수 있듯이 시편은 Steel과 AL 재질로 준비되었다.
이 외에도 실험에 필요한 PC, 네임펜, 자 등의 기구들이 사용되었다.
종합적으로 인장 실험을 수행하기 위해서는 인장시험기, 버니어 캘리퍼스, 시편 등의 실험장치와 부속품들이 필요하며, 이들을 적절히 활용하여 실험을 진행하였다고 할 수 있다.
1.4. 실험내용
1.4.1. Stress-strain diagram
Stress-strain diagram은 인장 실험을 통해 얻어진 결과를 나타내는 그래프이다. 이 그래프에는 재료의 기계적 특성을 결정하는 여러 가지 중요한 지점들이 표시되어 있다.
먼저 비례한계(proportional limit, A)는 응력과 변형률 사이의 관계가 비례하는 초기 영역을 나타낸다. 이 점을 넘어서면 비례성이 더 이상 존재하지 않게 된다.
다음으로 탄성한계(elastic limit)는 하중 제거 시 원상복구되는 최대응력을 의미한다. 이 영역에서의 응력과 변형률의 비를 탄성계수(modulus of elasticity, Young's modulus)라 한다.
항복점(yield point, B)은 재료의 소성변형이 시작되는 지점으로, 상당한 연신율이 인장력의 현저한 증가 없이 발생하는 구간이다. 재료에 따라 항복점이 명확하지 않은 경우에는 0.2% 오프셋 항복강도(0.2% offset yield strength)를 사용한다.
인장강도(tensile strength) 또는 극한강도(ultimate strength, D)는 재료에 가할 수...
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