소개글
"비틀림실험"에 대한 내용입니다.
목차
1. 실험 목적
2. 배경 이론
2.1. 비틀림 모멘트
2.2. 비틀림 강도
2.3. 비틀림 각
3. 실험 장비
4. 실험 순서
4.1. 작용하중을 변수로 한 실험
4.2. 길이를 변수로 한 실험
5. 실험 결과
5.1. 작용하중을 변수로 한 실험
5.2. 길이를 변수로 한 실험
6. 고찰
7. 참고 문헌
본문내용
1. 실험 목적
비틀림 실험을 통해 봉의 비틀림 거동을 이해하고, 작용하중과 길이 변화에 따른 비틀림 모멘트와 비틀림 각의 변화를 관찰하여 분석하고자 한다. 중실봉과 중공봉의 실험 결과를 비교함으로써 비틀림을 받는 구조물에 유리한 부재를 판단하고자 한다.
작용하중이 증가함에 따라 비틀림 모멘트와 비틀림 각이 증가하는 경향을 확인할 수 있다. 길이가 증가함에 따라 비틀림 각이 증가하는 경향을 확인할 수 있다. 중실봉과 중공봉의 비틀림 거동을 비교한 결과, 중공봉이 중실봉보다 비틀림에 유리함을 알 수 있다. 이를 통해 비틀림을 받는 구조물에는 중실봉보다는 중공봉이 더 적합할 것으로 판단된다.
실험 결과와 이론적 배경을 종합적으로 고찰한 결과, 실험 장치의 한계로 인한 오차가 발생하였지만 전반적으로 이론과 잘 부합하는 것으로 나타났다. 특히 중공봉의 경우 극관성 모멘트가 작아 동일한 비틀림 모멘트에도 중실봉보다 큰 비틀림 각이 발생하므로 비틀림에 더 유리한 것으로 확인되었다.
2. 배경 이론
2.1. 비틀림 모멘트
비틀림 모멘트는 축 형태의 부재가 비틀림 모멘트만 받는 경우 부재가 선형탄성적이고 전체 길이에 걸쳐 균등한 단면을 갖는다면 비틀려 평형을 이루게 되며, 비틀림 각은 고정시킨 끝에서부터의 길이에 비례한다.
비틀림의 크기는 반지름이 회전한 각도인 비틀림 각으로 나타내며, 중실축과 중공축의 경우 비틀림 모멘트의 크기가 다르게 나타난다. 중실축의 경우 중심으로부터 전단응력이 거리에 비례하므로 직경을 D라 할 때 최대 전단응력은 τmax = (16T)/(πD^3)이다. 반면 중공축의 경우 극관성 모멘트가 J = (π/32)((Do)^4 - (Di)^4) = (π/32)((Do)^4[1 - (Di/Do)^4])로 표현되어 중실축에 비해 작은 값을 가지므로, 비틀림 강도 τa = T/(J/a) = T/(πDo^3[1 - (Di/Do)^4]/16)가 중실축에 비해 크게 된다. 따라서 중공축이 중실축에 비해 동일한 크기의 비틀림 모멘트에 대해 더 큰 비틀림 강도를 갖게 되어 비틀림을 받는 구조물에 유리한 부재라고 할 수 있다.
2.2. 비틀림 강도
비틀림 강도는 축이 비틀림 모멘트에 의해 파괴되는 최대 전단응력을 의미한다. 중실축의 경우 중심으로부터 거리에 비례하여 전단응력이 증가하므로, 최대 전단응력은 축 표면에서 발생한다.
따라서 중실축의 최대 전단응력 τmax는 비틀림 모멘트 T와 극관성 모멘트 J, 그리고 축 반경 a의 관계로 나타낼 수 있다. 이를 정리하면 τmax = {16T}/{πD^3}가 된다.
중공축의 경우에도 마찬가지로 표면에서 최대 전단응력이 발생하며, 이는 비틀림 모멘트 T, 극관성 모멘트 J, 그리고 축 직경 D0, 내경 Di의 관계로 표현된다. 즉, τmax = {T}/...
참고 자료
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네이버 지식백과, 중공축, (도해〮기계용어사전(1990), 일진사)
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http://terms.naver.com/entry.nhn?docId=623146&cid=554&categoryId=554
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