원형단면의 비틀림 모멘트 측정

소개

2.1 실험의 목적
어떤 축에 축 중심을 기준으로 변형시키는 우력이 작용하면 비틀림이 발생하는데 이때 축에 비틀림을 일으키는 우력을 토오크(Torque), 비틀림 우력(Twisting Couples) 또는 비틀림 모멘트(Twisting Moment)라고 한다. 축에 비틀림이 과도하게 발생하면 회전을 지연시키거나 축이 파괴되는 현상이 나타날 수 있으므로 축을 설계할 때 비틀림에 대한 강도를 충분히 고려하지 않으면 안된다. 본 실험에서는 축의 재질, 축의 형상, 축의 길이 등의 변화에 따라 비틀림 모멘트가 어떻게 달라지는지 그 상관관계를 이해하고자 한다.

목차

2.1 실험의 목적
2.2 기초 이론
2.3 실험장치
2.4 실험

본문내용

2.2 기초 이론
2.2.1 극 2차 면적모멘트 Ip
축에서 극 2차 면적모멘트(the Polar Second Moment of Area) Ip는 물체에 우력을 가하여 비틀고자 할 때 물체가 비틀림에 저항하는 관성의 크기이다. 따라서 극 2차 면적모멘트가 클수록 비틀림에 저항하는 힘이 크다는 것을 의미한다. 아래 그림 2-1은 원형의 중실축과 중공축에 대한 극 2차 면적 모멘트를 구하는 식이다.
(그림)

2.2.2 토오크(Torque)
비틀림을 일으키는 토오크는 회전력(F)과 회전축 중심으로부터 떨어진 거리(r)에 비례한다.
(그림 및 식)

2.2.3 토오크(Torque)와 동력(Power)과의 관계
동력은 일정한 시간동안 행한 일의 양을 말하는데 회전하는 축을 이용하여 동력을 전달하는 경우에는 동력과 토오크 사이에는 다음과 같은 관계식이 성립한다.
(그림 및 식)

2.2.4 비틀림각(Angle of Twist)
어떤 축에 비틀림이 발생하면 축의 한쪽 끝은 또 다른 한쪽 끝에 비해 어떤 각도만큼 비틀려 틀어지게 되는데, 이때 양 끝의 각도 차를 비틀림각(Angle of Twist)이라 하고 θ로 나타낸다.

식에서 알 수 있듯이 토오크가 크고 축의 길이가 길수록 비틀림 각은 커지고, 전단탄성계수(G)와 극 2차 면적 모멘트(Ip)가 클수록 비틀림 각은 작아진다. GIp를 “비틀림 강성도” 라고 한다.

2.3 실험장치
원형단면의 비틀림 측정 실험장치는 그림 2-4와 같이 원형단면을 가진 부재의 비틀림을 측정할 수 있도록 구성되어 있으며, 좌측과 우측에 시편을 고정할 수 있는 드릴척이 각각 부착되어 있다. 좌측의 드릴척은 축을 통하여 하중을 가할 수 있는 하중용 핸들에 연결되어 있어 하중용 핸들을 돌리면 회전하며, 같은 축에 고정되어 있는 각도지시바늘도 함께 회전한다. 좌측의 드릴척은 LM Guide Rail을 따라 시편의 길이에 따라 좌우로 이동할 수 있게 되어 있어 이동측 척이라 한다.

참고자료

· 없음