광탄성 실험

소개

광탄성 실험
광탄성법에 대한 이해를 통해 적용하중에 의한 에폭시 시편의 분자배열의 변화를 광원으로부터의 색 변화로부터 무늬차수를 통해 작용한 하중으로부터 시편의 감도계수를 구하도록 한다.
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목차

1. 서론
1.1. 배경
1.2.목적
2. 시험 방법
2.1.이론적 해석
2.1.1편광의 성질
2.1.2 복굴절과 자연광의 편광
2.1.3 광탄성(Photoelasticity)
2.1.4 등경사선(Isoclinic line)
2.1.5 등색선(Isochromatic line)
2.2. 시험장치
2.3 시험편 형상
3. 실험 결과
4. 고찰
5. 결론
6. 참고문헌

본문내용

고체가 하중을 받을 때, 물체 내부에는 응력이 생기게 되는데, 이러한 응력은 각각의 분자들이 상대적 위치의 변화에 관계된다. 투과성이 있는 물체의 경우에는 분자의 배열의 변화가 굴절율의 차를 일으키게 되고 이로서 복굴절이 생기게 되는데 이러한 현상을 광탄성(Photoelasticity)라 한다.
편광된 빛(polarized light)이 하중을 받는 투명한 물체를 지나면 두 개의 선형 편광된 직교하는 광파(전체 전기장의 x와 y성분)를 주응력(principal stress)의 방향과 관계된 굴절면(planes of refraction)방향으로 나타낼 수 있고 주응력 차에 의하여 굴절율 차가 나타난다. Analyzer(검광기)를 통하여 투과된 빛을 보면 굴절율 차에 따라서 투과된 빛의 색깔이 다르게 나타나며 색깔의 분석을 통하여 주응력차를 알 수 있다. 색깔이 일정한 모든 점들의 위치를 등색선(isochromatic line)이라 한다. 그리고 polarizer와 analyzer를 서로 직교하도록 놓은 편광기를 사용하여 등경사선(isoclinic line)이라는 검은 영역을 만드는데 이로부터 주응력 방향을 파악할 수 있다.
이 광탄성 방법은 1816년 David Brewster가 응력을 받고있는 유리에 편광을 투과시키면 응력에 따라 화려한 색채 모형이 나타난다는 것을 발표함으로써 발전되게 되었다. 이 방법은 평면 응력(plane stress)의 해석에 국한되지 않고 3차원 응력(three-dimensional stress)까지도 해결하여 널리 공학 문제 해결에 공헌하고 있다.




4. 고찰
- 광탄성 실험을 통해 셀룰로이드, 에폭시수지 등의 투명한 Isotropic한 재료에 응력이 발생할 때 지나는 빛에 대하여 복굴절성을 나타내며, 복굴절 현상에 의해 빛은 두 개의 광파로 갈라져서 위상차가 발생하고, 이러한 위상차의 크기가 주응력차에 비례하는 관계가 성립하는 광탄성 원리를 이용하여 얻은 등색선 무늬와 등경선 무늬로 어떤 이나 모델의 응력상태를 분석하는 것이 가능하다는 것을 알 수 있었다.
이와 같은 방법을 통해 응력상태를 확인하고자 하는 구조 및 시스템을 셀룰로이드, 에폭시수지 등의 등방성 재료로 모델링하여 광탄성 실험을 수행함으로써 가시적으로 응력 분포 등의 상태를 확인할 수 있다.
- 하중-무늬차수 그래프들이 불일치의 원인은 광탄성 실험이 색변화에 따라 시편을 통과한 빛이 보라색으로

참고자료

· (1) Mechanical Measurements(5th Ed.), Pearson Education, T. G. Beckwith & R. D. Marangoni, pp.393-397, 405-426