[2024-1학기 국민대학교 자동차융합실험] 재료의 인장실험(A+)

소개

국민대학교 자동차융합대학 필수교과목인 자동차융합실험-재료의 인장실험 보고서입니다.
2024년-1학기 수강하였으며 A+ 받았습니다.
보고서 정말 잘 작성했다고 자부합니다.

참고하셔서 시간도 아끼시고 좋은 성적 얻으시길 바랍니다.

목차

1. 인장시험 도중의 시편 형상 변화를 설명하시오. [시험 전, necking 발생시, 시험 후]
2. 인장시편의 너비, 두께, 표점거리를 측정하는 이유를 조사하시오.
3. 하중 -변위 선도를 바탕으로 공칭응력 – 공칭 변형률 선도를 그리시오.
4. 공칭응력 -공칭변형률 선도를 바탕으로 진응력-진변형률 선도를 그리시오.
5. 진응력-진변형률 선도에서 탄성영역과 소성영역을 구분하고, 탄성계수, 강도계수, 가공경화 지수를 각각 구하시오.
6. 항복강도, 최대인장강도, 파단강도의 정의를 서술하고 실험데이터로부터 각각의 값을 구하시오[항복강도는 0.2% offset 법을 이용하시오.
7. 연성 재료에서 necking이 발생하는 순간을 공칭응력 – 공칭 변형률 선도에 표시하고, necking 발생시 변형률의 값을 가공경화지수 값으로 추정할 수 있음을 설명하시오.
8. 탄소강과 알루미늄으로 각각 제조된 시편의 공칭응력-공칭변형률 선도에는 어떤 차이점이 있는지 조사하고 그림으로 그려 설명하시오. 이후 각 그래프에 어떤 차이점이 있는지 서술하시오.
9. 연성재료와 취성재료의 인장시험 선도의 특징을 비교하시오. 연성재료와 취성재료의 예시를 찾아보시오.
고찰

본문내용

1. 인장시험 도중의 시편 형상 변화를 설명하시오. [시험 전, necking 발생시, 시험 후]
표준화된 시편을 인장 시험기에 고정하고 시험을 시작하게 되면 인장력이 시편 양단에서 작용하게 된다. 하중이 증가함에 따라 시편은 하중 방향으로 늘어나고 시편의 단면적은 점점 줄어든다. 탄성 영역에서는 하중을 제거하면 원래 상태로 되돌아가며, 탄성 영역의 비례한도까지는 σ=Eε(E: 탄성계수)을 만족하며 선형적으로 변형한다. 재료에 가해지는 응력이 항복강도보다 커지면 재료는 탄성변형에서 소성변형으로 전환된다. 소성 영역에서는 하중을 제거해도 원래 상태로 돌아가지 못하고 영구 변형된다. 그 후 소성 영역에서 응력이 최대가 되는 지점인 극한 강도에 도달하게 되면 시편에는 necking현상이 일어난다. Necking 현상이란, 극한 강도에서 단면적의 감소가 길이에 따라 균일하게 일어나지 않고 국부적으로 집중되는 현상이다. 시편의 중앙에 단면적이 국부적으로 작아지는 necking 현상과 균열을 실험을 통해 시각적으로 확인했다. 하중이 계속 증가함에 따라 necking 현상으로 단면적은 계속 줄어 들었으며, 파단강도에 도달했을 때 하중 방향과 45° 방향으로 파단이 발생했다.

2. 인장시편의 너비, 두께, 표점거리를 측정하는 이유를 조사하시오.
인장시편의 너비, 두께, 표점거리를 측정하는 이유는 재료의 인장강도, 인장 변형률, 연신률, 면적 감소율 등을 계산하여 재료의 물성치를 알아보기 위함이다.

<중략>

(1) 탄성 계수
탄성영역에서 비례한도까지는 후크의 법칙인 σ=Eε 을 만족하면서 선형적으로 변형한다. 진응력 – 진변형률 선도에서 응력이 데이터상에서165.01MPa까지 변형률과 선형적으로 비례하는 것을 시각적으로 확인할 수 있다. 따라서 해당 응력을 비례한도로 설정하고 해당응력과 변형률까지의 데이터들을 엑셀의 회귀분석을 통해 일차 함수 형태로 구할 수 있으며 일차함수의 기울기가 탄성계수 E값이 된다.

참고자료

· 자동차융합실험 동영상(인장실험): https://www.youtube.com/watch?v=Gft7lKNrJHw
· <그림 4>, birdman.(2023.2.27). 경사면에 작용하는 응력 (Stress on an inclined plane). https://freeengineer.tistory.com/17
· <그림 10>, CAE지식채널 반디통. 경화지수 - hardening exponent. https://www.banditong.com/cae-dict/hardening_exponent
· <그림 15>, IOWA STATE UNIVERSITY. Toughness. https://www.nde-ed.org/Physics/Materials/Mechanical/Toughness.xhtml
· <그림 16>, ResearchGate. Stress-strain curves for pure aluminium. https://www.researchgate.net/figure/Stress-strain-curves-for-a-pure-aluminium-and-b-aluminium-alloy-Linear-elasticity-is_fig4_240721327
· <그림 18>, ResearchGate. 8 Schematic representations of tensile stress-strain behavior for brittle and ductile metals loaded to fracture. https://www.researchgate.net/figure/Schematic-representations-of-tensile-stress-strain-behavior-for-brittle-and-ductile_fig40_334465619
· 연성재료, 취성재료 특징: 똑순이밍스(2020.5.22), 연성 재료 (Ductile Material)와 취성 재료 (Brittle Material) - 기구설계 이론 11, https://minji11203.tistory.com/34
· Donald. R.Askeland 외 1명,「핵심 재료공학」, 김흥규 외 9명, CENGAGE, (2019.02.20).
· Berry J. Goodno 외 1명, 「SI 재료역학」, 김옥환 외 8명, CENGAE, (2017.09.14).