숭실대 신소재공학실험1) 11주차 고분자 기계적 물성 예비보고서

문서 내 토픽

1. UTM(Universal Testing Machine)

UTM(Universal Testing Machine)은 재료에 응력을 가한 뒤, 이에 따른 변형율을 측정하여 stress-strain 곡선을 구하는 가장 일반적인 방법입니다. 재료에 가하는 힘(load)의 유형에 따라 인장(tensile), 굴곡(flexural), 압축(compression), 전단(shear) 등의 실험을 수행할 수 있습니다. UTM의 실험 원리는 일정한 시간과 힘, 방향으로 시편에 일을 가해주면 그 힘에 대한 load 값이 발생하고 이를 측정하는 것입니다. 실험에 앞서 ASTM(American Society for Testing and Materials) 규격에 맞는 시편을 제조해야 합니다.
2. 압축실험

압축실험은 시편에 일정한 비율로 가해지는 힘을 시편에 닿는 면적으로 나눈 값을 load값으로 나타냅니다. ASTM 규격에 맞춘 시편에 한 방향(윗 방향)으로부터 힘을 가했을 때 시편에 걸리는 load 값이 측정되며, 이를 변형이 일어나기 전 시편의 단면적으로 나눈 값이 압축강도(σ)입니다.
3. 인장실험

인장실험은 시편 양 끝에 인장 실험용 Jig를 설치한 후 ASTM 규격에 맞는 시편을 이용해서 측정합니다. 가해지는 힘에 따라 변형 또는 파단이 일어나게 되는데, 이를 각각 인장 변형율(ε=ΔL/L0)과 인장 강도(σ)로 정의합니다.
4. 굴곡실험

굴곡실험은 인장실험과는 반대 방향으로 힘을 가해 시편의 변화를 측정하는 실험입니다. 3-point bending의 경우 다음과 같이 정의됩니다: sigma = {3PL} over {2bd ^{2}}(P: 가해진 힘, L: support span의 길이, b: 시편의 폭, d: 시편의 두께). 굴곡강도는 시료를 휘게 하는 굴곡력을 적용함에 있어서 load가 더 이상 증가하지 않는 최대 load 값을 의미하며, 굴곡탄성율은 초기 직선구간의 기울기를 가지고 계산해낸 값입니다.
5. Stress-Strain Curve

Stress-Strain Curve는 재료의 기계적 특성을 나타내는 그래프입니다. 탄성 구간, 항복 구간, 변형률 경화 구간, 네킹 구간, 파손 구간 등으로 구성됩니다. 취성 재료와 연성 재료에 따라 그래프 유형이 다르게 나타납니다. 탄성 구간의 기울기는 Young's modulus와 같으며, 항복 구간은 소성변형의 시작을 의미합니다. 변형률 경화 구간은 소성변형이 일어나는 구간이며, 네킹 구간은 시편의 단면적이 줄어들면서 형태 변화가 일어나는 구간입니다. 마지막으로 파손 구간에서 소재는 완전히 끊어집니다.

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1. UTM(Universal Testing Machine)

UTM(Universal Testing Machine)은 재료의 기계적 특성을 평가하는 데 가장 널리 사용되는 실험 장비입니다. UTM은 재료에 다양한 하중을 가하여 응력-변형률 관계를 측정할 수 있으며, 이를 통해 재료의 강도, 연성, 탄성 등의 특성을 파악할 수 있습니다. UTM은 금속, 플라스틱, 복합재료 등 다양한 재료에 적용될 수 있으며, 정적 및 동적 하중 실험을 수행할 수 있습니다. UTM의 정확성과 신뢰성은 재료 개발 및 품질 관리 분야에서 매우 중요하며, 이를 통해 제품의 안전성과 성능을 보장할 수 있습니다.
2. 압축실험

압축실험은 재료의 압축 특성을 평가하는 실험으로, UTM을 이용하여 수행됩니다. 압축실험에서는 재료에 압축 하중을 가하여 응력-변형률 관계를 측정하며, 이를 통해 재료의 압축 강도, 탄성계수, 항복 강도 등을 파악할 수 있습니다. 압축실험은 콘크리트, 세라믹, 금속 등 다양한 재료에 적용되며, 구조물의 설계 및 안전성 평가에 중요한 정보를 제공합니다. 압축실험 결과는 재료의 압축 거동을 이해하고 최적의 설계 매개변수를 선정하는 데 활용됩니다.
3. 인장실험

인장실험은 재료의 인장 특성을 평가하는 실험으로, UTM을 이용하여 수행됩니다. 인장실험에서는 재료에 인장 하중을 가하여 응력-변형률 관계를 측정하며, 이를 통해 재료의 인장 강도, 항복 강도, 연신율 등을 파악할 수 있습니다. 인장실험은 금속, 플라스틱, 복합재료 등 다양한 재료에 적용되며, 구조물의 설계 및 안전성 평가에 중요한 정보를 제공합니다. 인장실험 결과는 재료의 인장 거동을 이해하고 최적의 설계 매개변수를 선정하는 데 활용됩니다.
4. 굴곡실험

굴곡실험은 재료의 굴곡 특성을 평가하는 실험으로, UTM을 이용하여 수행됩니다. 굴곡실험에서는 재료에 굴곡 하중을 가하여 응력-변형률 관계를 측정하며, 이를 통해 재료의 굴곡 강도, 탄성계수 등을 파악할 수 있습니다. 굴곡실험은 주로 세라믹, 복합재료, 목재 등 취성 재료에 적용되며, 구조물의 설계 및 안전성 평가에 중요한 정보를 제공합니다. 굴곡실험 결과는 재료의 굴곡 거동을 이해하고 최적의 설계 매개변수를 선정하는 데 활용됩니다.
5. Stress-Strain Curve

Stress-Strain Curve는 재료의 기계적 특성을 나타내는 가장 기본적인 그래프입니다. 이 그래프는 재료에 가해진 응력(Stress)과 그에 따른 변형률(Strain)의 관계를 보여줍니다. Stress-Strain Curve를 통해 재료의 탄성 영역, 항복 점, 인장 강도, 연신율 등 다양한 기계적 특성을 파악할 수 있습니다. 이 정보는 재료 선택, 구조물 설계, 제품 개발 등 다양한 분야에서 활용됩니다. Stress-Strain Curve는 UTM을 이용한 실험을 통해 얻을 수 있으며, 재료의 기계적 거동을 이해하고 최적의 설계 매개변수를 선정하는 데 필수적인 도구입니다.