소개글
"부산대 기계공학실험"에 대한 내용입니다.
목차
1. 기계공학실험(Ⅱ)
1.1. 기초 진동실험
1.1.1. 실험목적
1.1.2. 실험장치 및 재료
1.1.3. 실험내용
1.1.4. 실험결과
1.1.5. 결론 및 고찰
1.2. 인장실험
1.2.1. 실험목적
1.2.2. 실험순서 및 방법
1.2.3. 실험내용
1.2.4. 실험결과
1.2.5. 결론 및 고찰
1.3. 오리피스 실험
1.3.1. 실험 목적
1.3.2. 실험 기기
1.3.3. 실험에 관련된 이론 및 원리
1.3.4. 실험 방법
1.3.5. 실험 결과 및 고찰
2. 참고 문헌
본문내용
1. 기계공학실험(Ⅱ)
1.1. 기초 진동실험
1.1.1. 실험목적
진동실험은 이론적 해석이 어려운 동역학 시스템을 해석하거나 이론적 해석법과 병행하여 상호보완적으로 사용된다. 본 실험에서는 1 자유도 강체보 진동계의 자유진동, 강제진동 실험과 질량체가 달린 외팔보로 구성된 단순 진동구조물의 충격 가진실험을 통하여 이론적으로 습득한 역학구조물의 진동 특성에 관한 관념적 이해를 실제적으로 체험함으로써 진동계의 동적거동 특성에 대한 이해를 명확하게 한다. 또한, 진동계의 시간역 진동 특성과 주파수역 진동 특성을 실험적으로 해석하는 과정을 통해 진동계의 가진, 가진력 및 응답신호의 취득, 신호처리 방법 및 진동계 해석에 필요한 기초 실험장치의 사용법과 개념들을 체험적으로 익히게 한다.
1.1.2. 실험장치 및 재료
실험장치 및 재료는 다음과 같다.
① 강체보-대시 포트(dash pot) 감쇠기 - 코일스프링 진동계
회전강체보는 길이 L, 질량 M을 갖는 강철재 4각보이다. 실제로 진동 중에 강체보는 매우 작지만 탄성변형을 한다. 하지만 저속진동에서는 그 크기가 강체운동(rigidbody motion)에 비해 아주 작기 때문에 무시할 수 있다. 감쇠기는 점성유체를 채운 대시 포트로 보의 임의 위치에 조립 설치하여 감쇠효과를 조정할 수 있도록 되어 있다. 감쇠 값, 즉 감쇠상수(damping coefficient)는 대시 포트 내부에 두 오리피스 플레이트를 상대 회전시켜서 오리피스 면적을 바꾸어 조정할 수 있다.
② 가진모터 및 속도제어기
모터에는 두 장의 불평형 원판이 설치되어 있다. 이 불평형 원판에 의해서 강체보에 가진력이 전달된다. 가진 모터는 속도제어기로 구동하는데, 모터에 걸리는 부하변동에 영향을 받지 않고 3000 rev/min까지 정밀 속도제어가 가능하다.
③ 위상각 측정판
위상각 측정판은 강제진동 실험에서 불평형 가진력 방향과 강제 진동응답 사이의 위상을 측정하는 데 사용한다. 위상각 측정판은 가진모터의 불평형 질량판 위에 부착한 기록종이판이다.
④ 드럼 차트 기록기
차트 기록기는 속도제어기에 연결된 회전드럼과 그 위에 감겨지는 기록지, 그리고 강체봉 끝단에 부착된 기록펜으로 구성되어 강체봉 끝단의 진동 변위를 기록한다.
1.1.3. 실험내용
본 실험에서는 그림 1에 보여주는 강체보와 스프링, 점성 감쇠기로 구성된 1 자유도 진동구조물의 자유진동과 강제진동 특성을 실험적으로 측정하고 분석한다. 자유진동 실험에서는 강체보에 초기 처짐변위를 부과하여 자유진동 응답을 발생시켜서 진동주기와 진동파형을 측정한다. 강제진동 실험에서는 보에 설치된 가진 모터를 작동하여 불평형 관성력에 의한 조화 가진력을 발생시켜 진동계를 가진시키고, 그에 따른 조화 가진 응답을 측정, 분석한다. 자유진동 실험에서는 고유진동수와 감쇠비를 구하고 이 직접 측정 데이터로부터 미지의 진동계 파라미터, 즉 질량관성모멘트, 스프링상수, 감쇠값을 구한다. 그리고 강제진동 실험에서는 동확대율(magnification factor) 및 위상각(phase)을 측정하고, 이로부터 고유진동수와 감쇠비를 구한다. 그림 1의 진동계는 비교적 간단한 구조의 1 자유도 회전진동계로 운동방정식을 정식화해서 이론적으로 진동 특성을 해석할 수 있다. 운동방정식 정식화에서 강체보의 회전지지부에서 회전마찰은 무시하고, 보를 지지하는 코일스프링과 대시 포트 감쇠기는 선형성을 가지는 것으로 가정한다.
1.1.4. 실험결과
자유진동 실험에서는 고유진동수와 감쇠비를 구하고 이 직접 측정 데이터로부터 미지의 진동계 파라미터, 즉 질량관성모멘트, 스프링상수, 감쇠값을 구하였다.
비감쇠 자유진동 실험에서는 그림 4에 보여주는 바와 같이 강체보에 초기 각변위를 주어 자유진동을 발생시켰다. 기록지에 기록된 진동 변위 궤적의 길이는 99.8mm이고 32번 진동하였으므로 진동주기는 0.1813s이다. 이를 통해 고유진동수를 계산하면 5.5157Hz, 34.656rad/s이다. 또한 강체보의 이론적 질량관성모멘트와 실험값을 비교하였을 때 27.4%의 오차가 발생하였다.
감쇠 자유진동 실험에서는 그림 5에 나타난 바와 같이 감쇠기를 설치한 후 강체보에 초기 각변위를 주어 진동을 발생시켰다. 기록지에 기록된 진동 변위 궤적의 길이는 106.5mm이고 34번 진동하였으므로 감쇠고유진동수는 5.4915Hz, 34.5rad/s이다. 대수감소율 0....
참고 자료
기계공학실험교재편찬위원회, 기계공학응용실험 제 3판, 청문각, 2016.
James M. Gere and Barry J. Goodno, Mechanics of Materials 9th Edition, Cengage, pp 33-34, 2017.
기계공학실험교재편찬위원회, 기계공학응용실험 제 3판, 청문각, pp 85-88, 2016.
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