[공학]#1.Bending of Cantilever Beams 외팔보의 굽힘 및 응력 측정

소개

건물, 다리, 선박의 구조물을 설계하는 데 있어, cantilever beam(외팔보)는 bending moment(휨모멘트)를 받는 부재 중 하나이다. 본 실험에서는 탄성영역 내에서 하중과 위치 그리고 재료를 각각 변화시켜 cantilever beam의 strain을 측정하고, 또 이 값을 이론적으로 계산한 값과 비교 분석해 본다.

목차

실험결과리포트

#1.Bending of Cantilever Beams

1. 실험 개요
2. 이론 정리

1) 훅 법칙: 탄성계수
2) 탄성 휨공식
(1) 순수굽힘하중을 받는 대칭부재의 변형
(2)탄성영역 내에서의 응력과 변형

3.실험과정의 이해

1) 실험장비
(1) 스트레인 게이지 (strain guage 변형률 측정기)
(2) 데이터 로거(Data logger:데이터 이력기록장치)
2) 실험 과정

4.결과 정리 및 고찰

1) 실험값과 이론값 정리
(1) 부재의 치수
(2) 실험값(Hooke

본문내용

1. 실험 개요
건물, 다리, 선박의 구조물을 설계하는 데 있어, cantilever beam(외팔보)는 bending moment(휨모멘트)를 받는 부재 중 하나이다. 본 실험에서는 탄성영역 내에서 하중과 위치 그리고 재료를 각각 변화시켜 cantilever beam의 strain을 측정하고, 또 이 값을 이론적으로 계산한 값과 비교 분석해 본다.

2. 이론 정리

1) 훅 법칙: 탄성계수 (고체역학책 p.56참조)
대부분의 공학적 구조물은 응력0변형률 선도의 직선부에 해당하는 상대적으로 작은 변형만을 고려하여 설계한다. 선도의 초기 부분에 대해서는 응력 은 변형률 에 명백히 비례하며, 다음과 같이 쓸수 있다.

이 관계는 영국의 수학자 Robert Hooke의 이름을 따서
Hooke`s Law 라고 알려져 있다. 계수 는 재료의 탄성계수, 혹은 영 계수라 한다. 변형률 은 무차원 수이므로, 계수는 응력 와 같은 단위이며, SI 단위계로는 파스칼, 미국 관용단위계로는 psi 또는 ksi로 쓴다.

주어진 재료에서 훅법칙을 적용할 수 있는 가장 큰 응력 값은 재료의 비례한도라고 한다. (a)와같이 항복점이 잘 나타나는 연성재료의 경우에는 , 비례한도는 항복점과 거의 일치한다. 다른 재료에 대해서는, 와 이 선형이 아닌 경우의 선형이 끝나는 의 값을 정확하게 결정하기 어렵기 때문에 비례한도를 쉽게 정의할 수 없다. 그러나 바로 이러한 어려움으로 인하여, 훅 법칙을 적용하는 재료의 비례한도의 값을 실제 값보다 약간 크게 사용해도 심각한 착오를 일으키지는 않는다고 생각할 수도 있다.
재료의 강도, 연성도, 그리고 부식 저항성과 같은 구조용 금속의 물리적 성질의 일부는 합금, 열처리, 그리고 사용된 제작과정에 의해서 크게 영향을 받을 수 있다. 예를 들어 순수한 철과 세 가지 다른 성분의 강에 대한 응력- 변형률 선도로부터 (그림2.16), 항복강도, 극한강도, 그리고 최종 변형률(연성도)은 네 가지 금속들 사이에 큰 차이를 보이고 있음을 알 수 있다. 그러나 그들 모두는 같은 탄성계수를 갖는다. 다시 말하면, 선형 구간에서 “강성도” 혹은 변형 저항 능력은 같다. 그러므로 주어진 구조물에서 고강도 강이 저강도 강으로 대체되고 모든 규격이 같으면, 구조물은 하중을 견디는 능력은 증가하면서 강성도에는 변화가 없다.

참고자료

· 고체역학(Beer 작)