[2024-1학기 국민대학교 자동차융합실험] 재료의 인장실험(A+)

문서 내 토픽

1. 인장시험 도중의 시편 형상 변화

인장력이 시편 양단에서 작용하면 하중이 증가함에 따라 시편은 하중 방향으로 늘어나고 시편의 단면적은 점점 줄어든다. 탄성 영역에서는 하중을 제거하면 원래 상태로 되돌아가며, 탄성 영역의 비례한도까지는 선형적으로 변형한다. 소성 영역에서는 하중을 제거해도 원래 상태로 돌아가지 못하고 영구 변형된다. 극한 강도에 도달하면 시편에는 necking현상이 일어나며, 하중이 계속 증가함에 따라 necking 현상으로 단면적은 계속 줄어 들었으며, 파단강도에 도달했을 때 하중 방향과 45° 방향으로 파단이 발생했다.
2. 인장시편의 너비, 두께, 표점거리 측정 이유

인장시편의 너비, 두께, 표점거리를 측정하는 이유는 재료의 인장강도, 인장 변형률, 연신률, 면적 감소율 등을 계산하여 재료의 물성치를 알아보기 위함이다. 공칭응력과 공칭변형률은 재료의 초기 단면적과 초기 표점거리를 기준으로 계산되며, 진응력과 진변형률은 하중 P가 작용했을 때의 실제 값을 기준으로 계산된다.
3. 공칭응력-공칭변형률 선도 및 진응력-진변형률 선도

하중-변위 선도를 바탕으로 공칭응력-공칭변형률 선도를 그릴 수 있다. 금속에서 소성변형은 시험 동안 체적이 일정하다는 가정 하에 공칭응력-공칭변형률과 진응력-진변형률의 관계를 도출할 수 있다. 따라서 진응력-진변형률 선도를 그려볼 수 있으며, 비례한도까지는 공칭응력-공칭변형률 선도와 거의 동일하게 거동하는 것을 확인할 수 있다.
4. 진응력-진변형률 선도 분석

진응력-진변형률 선도에서 탄성영역과 소성영역을 구분할 수 있으며, 회귀분석을 통해 탄성계수, 강도계수, 가공경화 지수를 구할 수 있다. 탄성영역에서는 후크의 법칙을 만족하며, 소성영역에서는 응력과 변형률의 관계가 강도계수와 가공경화지수로 표현된다.
5. 항복강도, 최대인장강도, 파단강도 정의 및 측정

항복강도는 재료가 영구변형이 시작되는 응력, 최대인장강도는 소성영역에서 재료가 견딜 수 있는 최대 응력, 파단강도는 재료가 파단되는 시점의 응력을 의미한다. 항복강도는 0.2% offset 방법을 이용하여 구할 수 있으며, 최대인장강도와 파단강도는 공칭응력-공칭변형률 선도에서 확인할 수 있다.
6. necking 발생과 가공경화지수 추정

연성재료에서 necking 현상은 최대인장강도에 도달했을 때 발생하며, 이때의 변형률 값으로 가공경화지수를 추정할 수 있다. 이는 necking 발생 시 dP=0이 성립하기 때문이다.
7. 탄소강과 알루미늄의 응력-변형률 선도 비교

탄소강의 응력-변형률 선도에는 상항복점과 하항복점이 뚜렷하게 나타나지만, 알루미늄의 경우 항복점이 뚜렷하지 않아 0.2% offset 방법을 이용해야 한다. 또한 탄소강의 탄성계수가 알루미늄보다 크게 나타나 강도가 더 크고 탄성변형이 일어나기 어려운 것을 알 수 있다.
8. 연성재료와 취성재료의 인장시험 선도 특징 비교

연성재료는 소성변형을 많이 하며 파단되기 전 변형의 정도를 알 수 있지만, 취성재료는 소성변형을 거의 하지 않고 항복점 이후 곧바로 파단된다. 또한 연성재료는 인성이 크지만 취성재료는 압축하중에 강한 특성을 보인다.

Easy AI와 토픽 톺아보기

1. 주제2: 인장시편의 너비, 두께, 표점거리 측정 이유

인장시편의 너비, 두께, 표점거리 측정은 재료의 기계적 특성을 정량적으로 평가하기 위해 매우 중요합니다. 시편의 너비와 두께는 단면적을 계산하는 데 사용되며, 이를 통해 응력-변형률 선도를 작성할 수 있습니다. 표점거리는 변형률을 계산하는 데 사용되며, 재료의 연성 정도를 나타내는 중요한 지표가 됩니다. 이러한 측정 결과를 바탕으로 항복강도, 인장강도, 연신율 등의 기계적 특성을 정량적으로 평가할 수 있습니다. 이는 재료의 설계, 제조, 품질 관리 등에 활용되어 재료의 성능을 최적화하는 데 기여할 수 있습니다.
2. 주제4: 진응력-진변형률 선도 분석

진응력-진변형률 선도 분석은 재료의 변형 특성을 이해하는 데 매우 중요합니다. 이 선도에서 초기 선형 구간의 기울기는 탄성계수를 나타내며, 항복점은 재료의 항복강도를 나타냅니다. 또한 최대응력 지점은 재료의 인장강도를 나타내며, 파단점은 재료의 파단강도와 연신율을 나타냅니다. 이러한 정보를 통해 재료의 기계적 특성을 정량적으로 평가할 수 있으며, 재료의 설계, 제조, 품질 관리 등에 활용할 수 있습니다. 특히 재료의 연성 정도를 나타내는 연신율은 재료의 적용 분야를 결정하는 데 매우 중요한 지표가 됩니다.
3. 주제6: necking 발생과 가공경화지수 추정

necking 발생과 가공경화지수는 재료의 변형 특성을 이해하는 데 매우 중요한 정보를 제공합니다. necking은 국부적인 변형이 발생하여 시편의 단면적이 감소하는 현상을 말하며, 이는 재료의 연성 정도를 나타냅니다. 가공경화지수는 재료가 소성 변형을 받을 때 응력이 증가하는 정도를 나타내는 지표로, 이를 통해 재료의 가공 특성을 예측할 수 있습니다. 이러한 정보를 바탕으로 재료의 성형성, 가공 공정 설계, 제품 설계 등에 활용할 수 있습니다. 특히 가공경화지수는 재료의 응력-변형률 선도 분석을 통해 추정할 수 있으며, 이는 재료의 기계적 특성을 이해하는 데 매우 유용한 정보가 됩니다.
4. 주제8: 연성재료와 취성재료의 인장시험 선도 특징 비교

연성재료와 취성재료의 인장시험 선도 특징 비교는 재료의 변형 특성을 이해하는 데 매우 중요합니다. 연성재료는 일반적으로 넓은 항복구간과 높은 연신율을 나타내는 반면, 취성재료는 짧은 항복구간과 낮은 연신율을 나타냅니다. 이는 연성재료가 소성 변형을 많이 받을 수 있는 반면, 취성재료는 소성 변형이 제한적이라는 것을 의미합니다. 이러한 특성 차이는 재료의 설계, 제조, 안전성 평가 등에 매우 중요한 정보가 됩니다. 예를 들어 연성재료는 성형성이 좋아 복잡한 형상의 제품 제조에 적합하지만, 취성재료는 취성 파괴에 주의해야 합니다. 따라서 재료의 인장시험 선도 특징을 비교하는 것은 재료 선택과 설계에 매우 유용한 정보를 제공할 수 있습니다.