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[경북대학교]기계공학실험 유체역학실험 실험보고서 평가A+최고예요

유체역학 실험 보고서학과: 기계공학부과목명:담당 교수님:학번:이름:1. 실험 목적부력의 작용하는 형태의 부체들을 부체 안정 실험 장치를 사용하여 다양한 높이에서의 중력중심에 대하여 분석 및 계산을 수행하고 계산한 안정성에 관하여 비교하여 본다.2. 실험 관련 이론그림 1. 부양 폰툰(pontoon) 장치부력이 작용하는 형태의 부체들은 부체 안정 실험 장치를 사용함으로써 양을 잴 수 있고 분석을 할 수 있다. 이 안정성은 중력 중심의 위치, 특히 부력의 중심에 관계한 위치에 의존한다는 것을 알 수 있다. 이것은 안정성의 측정으로써 경심 높이의 정의를 할 수 있다.액체 표면을 떠다니는 배와 같은 부체의 안정성에 관한 질문은 중요한 문제 중 하나이다. 평형상태가 안정, 중립, 불안정한지에 따라 중력 중심의 높이를 계산할 수 있다. 그리고 이 실험에서는 폰툰(pontoon)의 안정성은 다양한 높이에서의 중력중심에 대하여 계산을 할 수 있다.그림 2. (좌) 그림 a, (중간) 그림 b, (우) 그림 c그림 a에서 부체의 무게는 중력 G의 중심을 통해 아래쪽으로 수직적으로 작용한다. 이것은 부력 B의 중심을 통해 위쪽으로 작용하여 평형을 유지한다.그림 b에서 시스템의 안정성을 알아보기 위해 평형위치로부터 만큼의 변형을 고려한다. 폰툰에 의해 놓인 액체 중력의 중심은 B에서 B1으로 이동한다. 조정 가능한 무게가 중심위치로부터 만큼 이동하였다고 가정한다. 만일 부체의 전체 무게가 라면, 폰툰의 평행방향에서 전체 중력의 중심은 이 된다. 이 운동 과정이 각에서 새로운 평형 위치가 된다면 G1은 전체 중력의 중심 위치가 된다.(: 조정 가능한 무게, : 전체 무게)기하학적인 특징으로부터, (가 작은 각도일 때)경심의 높이는 와 를 알고, 를 측정함으로써 구할 수 있다.실험적인 계산과는 달리 BM은 사용한 액체의 체적과 폰툰의 측정으로부터 구할 수 있다. 그림 b를 보면 부력의 중심이 B1으로 이동하였기 때문에 B에 대한 남아있던 모멘트가 중심에서 AA1C에 의해 부차적인 부형의 폰툰에서 물 표면 아래에 위치한 B는 전체 물에 잠긴 깊이의 반과 같다. 그리고 는 다음과 같이 나타낼 수 있다.1) 부력 (Buoyancy)그림 3. 물 위에 떠있는 물체물과 같은 유체에 잠겨 있는 물체가 중력에 반하여 밀어 올려지는 힘. 그 크기는 물체가 밀어낸 부피만큼의 유체 무게와 같다. 물체가 받는 부력의 크기는, 물체가 밀어낸 부피만큼의 유체가 가지는 무게와 같다. (아르키메데스의 원리) 다시 말해,이고, 여기서 는 유체의 밀도, 는 물체가 밀어낸 유체의 부피, 는 중력가속도이다. 결국, 물체가 받는 알짜힘은 중력과 부력의 차이가 되고, 이는 아래의 식처럼 나타낼 수 있다.여기서 는 물체의 밀도이다. 이 식은 물체가 유체보다 밀도가 클 때 (아래방향으로 가라앉고, 그 반대의 경우 위로 떠오른다는 것을 이야기해 준다.부력의 작용점을 부력중심이라 하고, 이는 물체가 밀어낸 유체의 무게중심에 해당된다. 부력중심과 무게중심이 일직선상에 있지 않으면 물체는 돌림힘(torque)을 받게 된다.2) 경심 (Metacenter)그림 4. 경심의 정의배가 약간 기울어졌을 때는 일반적으로 부력중심이 옆으로 이동하게 되고, 이 때 새로운 부력중심에서 수직으로 연장한 선이 이 배의 중심축과 만나는 지점을 경심이라 한다. 경심이 무게중심보다 높은 위치에 있다면 배는 복원력을 받게 되어 안정성을 얻게 된다.경심은 유체 위에 떠있는 배와 같은 물체의 기울어짐에 대한 안정성을 논할 때 중요한 개념으로서, 경심이 무게중심보다 아래 있으면 조그만 요동에도 배는 안정성을 잃고 뒤집어지게 된다. 그림 4에서처럼 배가 오른쪽으로 기울면서 부력중심이 오른쪽으로 많이 움직이는 경우에는 경심이 무게중심보다 상당히 높은 지점에 위치하게 되고, 이는 무게중심에 작용하는 아랫방향의 중력과 부력중심에 작용하는 윗방향의 부력이 항상 배를 원래각도로 바꾸어 주는 방향으로 돌림힘(torque)을 가한다는 뜻이므로 안정한 경우가 된다. (물론 배에 실려 있는 화물 등이 고정이 되지 않아 무게중심도 기다면, 이 두 지점사이의 거리는 GM으로 표시될 수 있고, 이 거리에 따라서 배가 평형점을 중심으로 진동하는 진동수가 결정된다. GM이 크면 배가 안정되는 대신 진동수가 커져서 배가 자주 요동을 치게 되어 승선감이 안 좋아진다. 반대로 GM이 작으면 배가 흔들거리는 주기는 길어지는 대신 배가 뒤집힐 수 있는 위험이 존재한다.3. 자료 조사 (경심, 복원모멘트 등 실제 사례)1) 사고사례 및 원인- 세월호 침몰 사고:복원력 상실(과적, 증축과 고박 불량, 급격한 변침)이 침몰의 가장 큰 원인으로 추측된다. 세월호는 출항 예정시각이었던 4월 15일 저녁 6시 30분 인천항엔 안개가 자욱해 많은 선박들이 출항하지 않았으나, 세월호만 2시간 30분 늦게 출항했다. 이로 인해 시간을 단축하기 위해 선회 시 속도를 감속하지 않았고, 고박이 불량하여 적재물이 한쪽으로 쏠리게 되어 복원력을 상실하였을 것으로 추정된다. 세월호는 선수에 있던 차량 출입구 문을 잘라내 선체 하부의 무게를 줄였지만, 상부는 3~5층에 객실을 더 만들어 무게가 늘어났으며, 무게중심이 선체 상부로 이동하게 되었다. 이러한 무게중심의 이동으로 선박 복원력이 당초 설계보다 나빠졌을 것이며, 선박 무게도 6586톤 급에서 6825톤 급으로 239톤이나 무거워졌다. 또한 세월호는 안전점검표에 차량 150대, 화물 657톤을 실었다고 기재했지만, 실제로 실린 화물은 차량 180대, 화물 1,157톤으로 무리한 화물을 적재했다. 이와 같은 과적 화물은 배의 무게중심 높이를 상승시켜 세월호가 급격한 변침으로 복원력을 잃게 되어 사고가 발생하였을 것으로 추정된다.2) 해결 방안- 과적으로 인해 무게중심의 상승으로 인해 경심을 넘으면 불안정해지기 때문에 과적을 하지 않는다.- 화물의 고박을 철저히 하여 화물들이 한쪽으로 쏠리게 되어 배의 무게중심이 변하고 전복력이 발생하는 것을 방지한다.4. 실험 방법1) Part 1 실험장치(폰툰)의 치수 측정① 장치의 전체 무게(두개의 마그네틱 무게 포함)를 기록하여 부체 커버에 각도 측정각 줄의 중심에 조정 가능한 무게를 위치함으로 폰툰을 물에서 띄울 수 있고, 균형을 잡을 수 있다. 이 장치가 정확하게 균형을 잡았을 때, 조정 가능한 무게를 각각 다섯줄에서 중심선으로부터 옆으로 이동시킨다. 각각의 위치에서, 변위는 장치 위쪽으로부터의 각으로 계산할 수 있다.5. 실험 결과1) Part 1 실험장치(폰툰)의 치수 측정- 전체 무게():- 조정가능한 무게():- 폰툰의 폭():- 폰툰의 길이():- 물의 밀도(4℃):측정값을 통한 계산목록계산결과너비의 2차 모멘트()침수체적()폰툰의 침수 깊이()폰툰의 침수 깊이() 이론값폰툰의 침수 깊이() 실험값오차 [%]36.8347.61- 제 1열의 높이:- 제 2열의 높이:- 제 3열의 높이:- 제 4열의 높이:- 제 5열의 높이:- V자 톱니 간격: 1칸에 , 2칸에2) Part 2 조절용 추 높이에 따른 무게중심 측정- 무게중심 위치 계산식:- 의 측정값은 이므로 이를 이용하여 무게 조절용 추의 위치변화에 따른 폰툰의 무게중심의 위치 계산(이론값)무게중심의 위치이론값실험값오차[%]56.056064.064071.8711.1180.5783.1188.1853.523) Part 3 무게중심 이동에 따른 기울여진 각도 측정(1) 조정 가능한 무게의 위치와 높이에 대한 각도 측정값조절용 추의수직방향위치조절용 추의 수평방향 위치에 따른 측정 각도-60.5-52.5-45-30-15015304552.56097.5-7.75°-6.5°-4.5°-2.25°0.25°2.5°4.75°6.75°8°조절용 추의수직방향위치조절용 추의 수평방향 위치에 따른 측정 각도-45-30-150153045152.5-7.5°-5.25°-2.5°0.25°2.75°5.5°7.75°조절용 추의수직방향위치조절용 추의 수평방향 위치에 따른 측정 각도-45-37.5-30-22.5-15-7.507.51522.53037.545207.5-7.75°-6°-4.75°-3°-0.25°0.25°1.75°3.25°5°6.5°8°조절용 추의수직방향위치조절용 174.9-2.94305.793747.8877.88--374.782439.5276.52--443.837331.7175.71--512.884323.8474.84--6. 결과 분석 및 고찰이번 유체역학 실험의 Part 1에서는 실험장치인 폰툰의 치수 및 무게를 측정하였다. 측정값과 물의 밀도를 이용하여 폰툰의 침수 부피와 깊이의 이론값을 계산하였으며, 이를 실제 폰툰이 물위에 떠 있을 때의 침수 깊이를 측정한 값과 비교하였다. 그 결과, 침수 깊이의 이론값이 실험값보다 더 크게 계산되었으며 7.61%의 오차가 발생하였다. 침수 깊이의 이론값을 계산할 때 폰툰이 지면에 수직인 방향으로 각도의 변화 없이 일정한 형태일 때를 가정하여 계산하였지만, 실제로는 변화가 존재하기 때문에 이러한 오차가 발생한 것으로 생각된다. 또한 이론값 계산 과정에서 온도가 4℃일 때 물의 밀도를 사용하였으며, 이때의 물의 밀도가 가장 크다. 따라서 실제 실험실의 온도에서 물의 밀도는 4℃일 때보다 더 작을 것이며, 온도를 보정하여 더 작은 밀도를 사용하면 실험값과의 오차를 줄일 수 있을 것이다.Part 2에서는 실험장치인 폰툰에서 조절용 추의 위치를 수직방향으로 변화하였을 때의 무게중심의 위치를 측정 및 계산해보았다. 폰툰의 중심선과 매듭이 있는 끈의 교차점에서 무게중심의 위치의 실험값을 측정하였다. 무게중심의 위치 계산식 에서 1열에 조절용 추가 있을 때의 무게중심 위치의 실측값을 이용하여 값을 구하였고, 나머지 열에서의 무게중심 위치를 계산하였다. 이론값과 실험값이 3열에서의 측정값부터 작은 오차가 발생했다. 이러한 오차의 원인은 무게중심의 위치가 높아지면서 옷걸이에 매달려 있을때 주변의 진동에 의한 흔들림의 영향이 커져서 실측하는데 영향을 주었을 것으로 생각된다.Part 3에서는 조절용 추를 수직방향 뿐만 아니라 중심에서 수평방향으로 이동시켰을 때 폰툰이 기울어지는 각도를 측정하였다. 실험 결과, 그래프를 통해 수평방향 변위의 절댓값이 커질수록 폰툰이 기울어지는 각도의 절댓값도 커지는

공학/기술| 2023.11.14| 13페이지| 2,000원| 조회(226)

족보, 기계공학실험, 기계공학부, 경북대학교, 3학년 1학기

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[경북대학교]기계공학실험 진동실험 실험보고서

진동실험 보고서학과: 기계공학부과목명:담당 교수님:학번:이름:1. 실험 목적구조의 진동 특성을 알아보기 위한 실험을 수행한다. 자유진동(free vibration)과 강제진동(forced vibration) 실험을 통하여 구조 진동의 특성과 진동 억제 등에 관한 개념을 습득한다.2. 실험 관련 이론비틀림 진동실험은 반복적으로 진동하는 가느다란 로드에 매달린 로터의 회전을 이용한다. 본 실험을 수행하기 위하여 다음과 같은 주요 전문용어를 이해하여야 한다.- 단순 조화 운동(simple harmonic motion) 및 주파수(frequency)- 전단 계수(shear modulus)- 비틀림 스프링 상수(torsional spring constant)- 극관성 모멘트 및 관성 모멘트(polar moment of area and mass moment of inertia)- 변위와 속도 사이의 위상차(phase difference between displacement and its derivatives)- 진동 감쇠(oscillation damping)디스크 및 로드 시스템은 질량-스프링 시스템과 비슷한 방식으로 작동한다. 그러나 질량을 디스크의 질량 관성 모멘트로 대체하고, 스프링은 로드의 비틀림 강성으로 대체한다.그림 1. 자유진동 시험 프레임(TM160)에 장착된 자유 비틀림 진동 시험기(TM165)1) 단순조화운동 (Simple Harmonic Motion)이 운동은 중앙(또는 평형) 위치를 기준으로 한쪽의 최대 변위가 다른 쪽의 최대 변위와 동일한 반복적인 정현파(sinusoidal) 곡선 운동이다. 각각의 진동은 동일한 시간, 즉 진동주기(Period, )를 가지며, 이 주기의 역수는 고유진동수(Natural frequency, )이다.예를 들어, 물체가 시작 위치에서 움직이거나 다시 진동하는 데 2초가 걸린다면 주파수는 0.5Hz이다. 마찬가지로, 고유 진동수가 2Hz인 경우에는 시작 위치에서 진동하고 매초 두 번씩 다시 진동하므로 0.5초의 주기를 가(우)와 같이 이상적인 로터로 가정한다.그림 4. (좌)실험 모델 분해도, (우)이상 로터추가 관성 로터 또한 얇은 재료이고 고정용 구멍이 세 개 있지만, 앞서와 마찬가지로, 이상적인 로터로 가정한다. (그림 5참조).그림 5. (좌)추가 관성 로터, (우)이상적 추가 관성 로터위와 같이 가정하면, 로터의 부피와 관성은 다음과 같이 나타낼 수 있다.추가 관성 로터에 대한 부피 및 관성은 다음과 같다.전체 관성()은 다음과 같이 표현된다.5) 진동 로터의 수학적 해석그림 6. 로드와 로터그림 6에 도시한 바와 같이, 로터가 수직 로드를 중심으로 각도 만큼 진동하는 각운동이 발생한다. 각도가 작은 경우, 사인 각도는 각도 와 거의 같으며 이는 작은 각의 근사화(small angle assumption)라 알려져 있다. 즉, .초기 진동 에너지를 발생시키면, 시스템에서는 자유진동이 발생한다. 그런 다음 시스템은 초기 에너지가 마찰 또는 다른 종류의 댐퍼 또는 흡수 장치로 소멸할 때까지 고유 진동수로 진동한다.이제 감쇠가 없는 로터 진동계의 자유물체도에 대하여, Newton의 제2법칙을 적용하면, 다음과 같은 모멘트 방정식을 생성할 수 있다.위에 유도한 식은 2차 재차 상미분 방정식(2nd order homogeneous ODE)으로, 일반해(general solution)는 다음과 같다.여기서, A는 진폭, 는 위상으로써, 진동 초기 조건을 기반으로 결정되는 상수이다.그림 7. 진폭과 위상그림 7에 나타난 것처럼, 진동하는 시스템의 진폭과 위상의 특성을 볼 수 있다. 즉, 위상이 달라져도 주기와 진폭은 변하지 않는다. 여기서, 코사인 함수는 2마다 반복하는 주기함수이므로, 진동주기는 다음과 같다.이 때, 시스템의 주기는 로드의 비틀림 스프링 상수()와 관성()에만 의존한다는 것을 알 수 있다. 즉, 시스템은 추가적인 외부 힘의 영향을 받지 않는 한 항상 동일한 주기로 진동할 것이다. 이제 진동수와 주기가 서로 역수 관계가 있다는 사실로부터, 다음과 같이 고유 진동수damping ratio, )는 응답의 감쇠정도를 결정하는 값이고, 감쇠고유진동수(damped natural frequency, )는 감쇠 진동 주기()의 역수로 다음의 관계를 가진다.물리적 특성에 기반을 두어 댐핑 값을 계산하는 것은 너무 많은 변수가 필요하므로 복잡한 방적식이나 컴퓨터 분석을 통해서만 해답을 얻을 수 있다. 하지만 이론과 실제 응용 사이에는 많은 오차가 존재할 수 있어서 계산 결과에 다소 차이가 발생할 수 있다. 더 좋은 방법은 시스템의 진동을 측정하고 감쇠 주기()와 대수 감소()를 측정하여 감쇠비를 계산하는 것이다. 즉, 감쇠의 존재 여부에 상관없이 감쇠 주기가 일정하므로, 시간 간격의 연속적인 극대점들의 진폭 비율은 다음과 같은 관계를 가진다.이 때, 양변에 자연 로그를 취한 값을 대수 감소 (Logarithmic decrement, )라 부른다. 즉,여기서, 감쇠 주기는 아래와 같은 관계가 있으므로대수 감소()를 다음과 같이 계산할 수 있다.진폭이 너무 빨리 감소하여 두 개 이상의 피크를 얻을 수 없는 경우가 아니라면 연속된 3개 이상의 피크들의 로그 평균을 이용하여 정확한 값을 구할 수 있다.9) 1자유도계 시스템의 강제진동그림 11. 1자유도계 강제 감쇠진동 시스템그림 11과 같이 질량 , 감쇠 계수 , 스프링 상수 로 구성된 1자유도 진동계에 인 외력이 작용하는 경우, 뉴턴의 제 2법칙을 적용하여 운동방정식을 유도하면 다음과 같다.위 식을 질량 으로 나누어 다시 표현하면,여기서, , 이고, 로써 고유진동수(Natural frequency)라 부른다. 이 때, 정상상태운동(Steady-state motion)은 위 운동 방정식의 특수해(Particular solution)로부터 구할 수 있다. 즉,여기서,또는여기서 로써 진동수비(Frequency ratio)라 부르며, 는 동적 확대계수(Dynamic magnification factor)로써 입력 크기에 대한 응답의 크기를 나타내고, 는 위상차(Phase angle)이다. 감쇠가의 통신 종료’버튼을 누른다.⑤ VDAS 소프트웨어 하단의 스크롤을 이용하여 원하는 파형의 시간으로 이동하여 필요한 값들을 기록하거나, Capture을 사용하여 보관한다.⑥ Damper를 설정하고 ‘장치와 통신 시작’버튼을 클릭한다. 작동기의 라인이 커버의 점선과 정렬되도록 로터를 부드럽게 회전시킨 다음 로터를 놓는다.⑦ Damper가 없을 때의 실험과 동일한 과정으로 진행한다.⑧ VDAS 소프트웨어 하단의 계산 버튼을 클릭하고 계산 값 및 필요값을 기록한다.2) 실험 2: 강제 진동 실험 (Forced Vibrations)① 동기 모터의 전기 리드를 Excitor Motor 및 속도제어장치의 보조 소켓에 꽂는다. 브래킷 C1의 핸드 휠을 빔이 수평이 될 때까지 조정하고 펜 레코더가 기록 용지에 닿는 곳에 차트 레코더를 위치시킨다.② 속도제어장치 구동에 따른 강제진동으로 인해 빔이 움직이게 되면, 차트 레코더를 통하여 주어진 시간 동안 빔이 진동한 변위를 기록한다.4. 실험 결과1) 실험 1: 자유 비틀림 진동 실험 (Free Torsional Vibrations)No.LogarithmicDecrementDampingRatioDamping 1mm29586.7932454.290.45920.0729Damping 2mm8856.8711745.060.30580.0486Damping 3mm20408.6523307.080.20030.0319Damping 4mm13199.3016077.640.19660.0313Damping 5mm18298.8821227.770.13350.0212Damping 6mm18049.3520888.470.09880.0157Damping 7mm7558.7510407.910.10090.0161Damping 8mm28569.4531398.910.05880.0094Damping 9mm27608.2330467.710.06530.0104다음과 같은 식을 활용하여 대수 감소와 감쇠비를 계산한다.대수 감소는 다음과 같고,감쇠 주기는 다음과 같다.감쇠고유진동수()할 수 있었다. 실제로는 공기저항 등이 감쇠의 요인으로 작용하여 그래프의 파형에서는 확인하지 못한 미세한 감쇠가 있을 것으로 생각된다.감쇠가 있을 때 진동의 파형은 진폭과 위상각의 변화가 발생하며 지수함수모양으로(exponential) 진폭이 감소할 것이다. 실험결과 그래프에서도 이를 확인할 수 있다.댐퍼와 로터 사이의 거리가 1mm~9mm로 증가할 때 대수 감소와 감쇠비가 감소하는 결과를 얻었다. 댐퍼가 자성을 이용한 장치이기 때문에 댐퍼와 로터 사이의 거리가 멀어지면 자성과 로터의 거리가 늘어나기 때문에 자성이 로터의 운동(에너지)을 방해(흡수)하는 힘이 줄어든 것으로 볼 수 있다. 따라서, 댐퍼와 로터 사이의 거리가 짧을수록 자성의 영향이 크기 때문에 에서 로 갈 때 큰 감소가 발생한다. 또한 댐퍼와 로터 사이의 거리가 멀어질수록 감쇠의 크기는 줄어들게 되므로 감쇠계수와 임계 감쇠계수의 비로 표현되는 감쇠비도 감소한 것이다. 대수 감소와 감쇠비의 관계식 을 통해 감쇠비가 감소하면 대수 감소가 감소할 것임을 알 수 있으며, 결과표를 이용해 작성한 감쇠비에 대한 대수 감소 그래프에서 관계식이 성립하는 것을 확인할 수 있다.실험결과표에서 에서 로 시간 간격이 댐퍼와 로터 사이의 거리가 변화해도 비슷하다. 이는 주기와 그 역수의 관계를 가지는 진동수는 감쇠의 크기에 영향을 받지 않는다는 것을 나타내며, 댐퍼와 로터 사이의 거리가 멀어져서 감쇠의 크기가 작아질수록 진동체가 진동하는 시간이 길어질 것이다.실험결과에서, 댐퍼와 로터 사이의 거리가 멀어질 때 대수 감소가 감소하지 않고 증가하는 경우도 존재하였다. 이러한 오차가 발생한 이유는 공기저항과 회전축이 정확히 지면과 수직이 되지 못한 점 등이 있으며, 이러한 오차를 개선하면 더 정확한 실험결과를 얻을 수 있을 것이다.2) 실험 2: 강제 진동 실험 (Forced Vibrations)실험 2에서는 외력이 작용할 때(forced vibration) 감쇠가 없이 회전하는 불균형 질량을 지닌 시스템의 진동에 대하여 주

공학/기술| 2023.11.14| 20페이지| 2,000원| 조회(275)

족보, 기계공학실험, 기계공학부, 경북대학교, 3학년 1학기

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[경북대학교]기계공학실험 인장실험 실험보고서

인장실험 보고서학과: 기계공학부과목명:담당 교수님:학번:이름:1. 실험 목적- 재료의 인장력에 대한 탄성적 성질, 소성 변형 저항 및 파단 강도를 측정하는 것을 주된 목적으로 하는 시험을 인장 시험(Tensile test)이라고 한다.- 인장 시험은 재료의 강도를 측정하는 가장 기본적인 시험으로 간단한 조작으로 정확한 결과가 얻어질 뿐만 아니라, 인장 하중을 걸었을 때 재료에 생기는 변형 저항의 상태를 조사해 봄으로써 그 밖의 하중을 걸었을 때의 저항 변형도 추측할 수 있기 때문에 널리 사용되고 있다.- 철강과 같은 연성 재료에 대해서는 인장 강도, 항복점, 신율, 단면 수축율을 주철과 같이 취성 재료에 대해서는 인장 강도를 주로 측정한다.- 본 실험에서는 판재시편을 인장 시험하여, 그로부터 얻은 하중–변위 선도로부터 재료의 기본특성을 구하는 요령을 터득하는데 중점을 둔다.2. 실험 관련 이론1) 하중 (Load)시험 대상 물체에 가해지는 힘으로서 SI단위는 N(뉴턴: Newton)을 사용한다. 사용의 편의성 때문에 잠정적으로 인정되고 있는 보조단위인 kgf를 사용하여도 무방하지만 힘의 측정단위로는 N을 사용하는 것이 원칙이므로 N을 사용한 것을 권장한다.2) 변형 (Deformation)물체의 형태 변화를 나타내는 일반적 용어이다. 예로, 봉에 인장하중이 작용하면 응력이 일어남과 동시에 봉은 하중방향으로 신장(elongation)이 일어난다. 원래 봉의 길이에서 하중에 의한 신장량을 변형량으로 정의한다.3) 응력 (Stress)응력은 단위 면적당의 하중으로 정의되며 단위는 를 사용한다. 현장에서는 응력의 단위로 를 많이 사용하고 있다. 여기에서 은 을 나타내는 접두어이며 (파스칼)은 1으로 정의된다.4) 변형률 (Strain)변형률은 단위 길이 당의 길이의 변화로 정의되어 단위가 없이 %등으로 정의된다. 예로 인장 하중 P에 의하여 최초 길이 의 봉이 만큼 늘어났다면, 신장량 와 최초 길이 과의 비를 인장변형률이라 한다.5) 표점 거리 (Gage length 적지만 항복점을 넘으면 단면적의 감소가 급격하게 커진다. 시편에 하중을 가하기 시작하여 길이가 늘어남에 따라 시편의 실제 단면적은 점차 감소하므로 순간순간의 응력은 그 순간의 하중을 그 순간의 단면적()로 나누어 구할 수 있는데 이를 공칭응력에 대하여 진응력이라 한다.8) 공칭변형률 (Engineering strain, )시험편의 늘어난 길이()를 초기 표점 거리()로 나눈 값으로 나타낸다.9) 진변형률 (True strain, )재료가 하중을 받으면 길이가 계속 늘어나게 되며 실제 변형률은 순간순간 표점 거리에 대한 비율로 나타내어야 한다. 이를 진변형률(또는 대수 변형률)이라 한다. 탄성영역 내에서는 공칭 변형률과 큰 차이가 없으나 소성영역으로 들어가게 되면 길이 변화가 커지게 되므로 차이가 커지게 된다. 진변형률의 변화 로 표시되므로 진변형률은 다음과 같다.이를 공칭변형률과 비교하면 다음의 상관관계를 가지게 된다.10) 응력 - 변형률 곡선 (Stress-strain curve)인장시험으로부터 얻어지는 응력과 변형률의 관계를 나타내는 곡선을 말한다. 시험편에 일축으로 천천히 하중을 가하면서, 가하는 하중(또는 응력)의 측정과 동시에 시험편의 변형률을 측정하면 대부분의 경우 그림 1과 같은 공칭응력 - 공칭변형률 곡선을 얻게 된다. 그림 1은 단순히 특징만을 나타낸 것으로써 그림 1의 세 그래프 모두에서 곡선의 초기 부분에서는 직선(탄성 영역)이 됨을 알 수 있다.그림 1. 응력 – 변형률 선도11) 비례한도 (Limit of proportionality)시편에 가하던 하중을 제거하면 시편이 원래의 상태로 되돌아가 변형률이 0이 되는데 이러한 성질을 탄성(elasticity)이라 하고 탄성 영역에서의 기울기를 탄성 계수(E: Young율이라고도 부름)라 하며 탄성 영역에서는 의 관계가 성립한다. 이를 후크(Hooke)의 법칙이라고 부른다. 이러한 직선 관계를 지니는 응력상태의 최대값을 비례한도라 한다.12) 탄성한도 (Limit of elasticity)a)~(c)와 같은 응력 - 변형률 곡선을 나타내는데 선상에서 응력이 증가하는 부분에서는 그 이상으로 변형을 시키려면 보다 큰 힘을 가하여야 하는데 이는 재료가 변형가공에 의하여 경화되기 때문이다. 이를 가공경화라고 부른다. 가공경화가 일어나는 이러한 부분에서는 가하였던 응력을 제거하면 탄성변형 성분은 없어지지만 이를 제외한 커다란 변형 성분은 남게 된다. 이것을 소성(plasticity)이라고 부른다. 이와 같이 탄성영역을 넘어선 뒤 파단에 이를 때까지 상당한 소성변형이 가능한 재료를 연성(ductility)이 큰 재료라고 부른다.시험편이 늘어남에 따라 표점거리 내에서의 단면적은 일정하게 감소한다. 따라서 변형률의 증가에 따라 응력은 점차 증가하게 되어 결국 이러한 응력의 증가가 가공경화보다 커지게 되는 시점에 이르게 된다. 이러한 조건에는 시편 내에서 가장 취약한 부분이 먼저 도달하게 되며 이후의 소성 변형은 이 부위에서 집중적으로 일어나게 되어, 시험편이 부분적으로 잘록하게 되는 넥(neck)이 발생되게 된다. 이 시점부터는 가공 경화에 의한 하중 증가보다 단면적이 훨씬 빠르게 감소하기 때문에 시험편을 변형시키는데 필요한 실제 하중은 파단이 일어날 때까지 감소하게 된다. 결국 이는 시험편이 견딜 수 있는 최대 하중점에서 넥이 발생함을 의미한다.참고자료: 기계공학실험, 경북대학교 기계공학부 (2022년도)3. 실험 방법① 실험장비 준비② 인장시험기 세팅 후 시편 장착③ 장착된 시편에 extensometer(신율기) 장착 후 제로 세팅④ 계측기와 컴퓨터 연결⑤ 유압프레스 작동 시작⑥ 실험 진행상황 모니터링⑦ 데이터 저장 및 결과 정리4. 실험 결과1) Steel상항복점548.32 MPa하항복점518.96 MPa극한강도672.88 MPa탄성계수20.8 GPa상항복점562.85 MPa하항복점534.591 MPa극한강도915.916 MPa탄성계수21.52 GPa2) Aluminum항복점365.392 MPa극한강도456.8 MPa탄성계수22.837 GPa항복점371Aluminum의 선도들은 탄성영역과 소성영역이 명확하게 구분되지 않기 때문에 stress-strain 선도만으로는 정확한 값들을 찾아내기 힘들다. 따라서 Aluminum의 선도에서 탄성계수는 엑셀의 응력과 변형률의 분산형 그래프에서 추세선의 기울기값으로 탄성계수를 계산하였으며, 항복강도의 값을 찾아내기 위해 0.2% offset 방법을 이용하여 근사적인 값을 계산하였다.먼저, 실험 결과표에서 각 시편의 탄성계수를 비교해보면, Steel보다 Aluminum의 탄성계수가 더 큰 것을 확인할 수 있다. 이는 Aluminum이 Steel에 비해 변형을 하기 위해 더 많은 응력을 필요로 한다는 것을 알 수 있게 해주는 지표이며, 간단히 Aluminum이 Steel보다 더 단단하여 압축이 잘 안되고 복원력이 크다고 할 수 있다.인터넷에서 찾아낸 일반적인 Carbon steel의 물성치는 탄성계수가 190~210GPa, 극한강도가 276~1882MPa이다. 그러나 직접 계산한 Steel의 탄성계수와 큰 차이를 보였으며, 극한강도는 범위 안에 들어가는 것을 확인할 수 있다. Aluminum의 물성치는 탄성계수가 68GPa로 직접 계산한 탄성계수와 큰 차이를 보이는 것을 확인할 수 있었다. 이러한 오차의 발생 이유는 실험에 사용한 시편과 인터넷에서 찾은 물성치를 나타내는 금속의 합금 비율이 다르기 때문이며, 실험과정에서 시편을 고정시킬 때 고정력으로 인해 시편에 이미 응력이 가해졌을 수 있다. 또한 시편을 정확히 축방향과 일치하도록 설치하지 못한점, 신율계를 육안으로 어림잡아 설치한 점 등이 오차에 영향을 주었을 것이다.공칭응력 – 공칭변형률 선도와 진응력 – 진변형률 선도를 비교해보면, 탄성영역에서는 서로 비슷한 양상을 보이지만 소성영역에서는 극한강도의 값을 비교해보면 큰 차이를 보이는 것을 확인할 수 있다. 이러한 차이가 발생하는 이유는 공칭응력은 인장 변형 과정에서 necking으로 인해 발생하는 단면적 감소를 고려하지 않고 초기면적을 값을 이용하기 때문에 응력의 값이제1) 공칭응력과 진응력의 차이는 무엇인가?공칭응력은 인장시험 시 시험편에 가한 하중을 변형 전 시험편의 초기 단면적으로 나눈 값을 나타낸다. 일반적인 응력 - 변형률 선도에서 나타내는 응력은 각 하중을 시험편의 초기 단면적으로 나눈 값이고, 비례한도, 탄성한도, 항복점, 극한강도 등은 이러한 공칭응력으로 나타나는 값이다.인장시험 시 시험편 길이의 증가와 더불어 단면적은 점차 감소하여 항복점까지는 그 변화가 대단히 적지만 항복점을 넘으면 단면적의 감소가 급격하게 커진다. 시편에 하중을 가하기 시작하여 길이가 늘어남에 따라 시편의 실제 단면적은 점차 감소하므로 순간순간의 응력은 그 순간의 하중을 그 순간의 단면적()로 나누어 구할 수 있는데 이를 공칭응력에 대하여 진응력이라 한다.공칭응력과 진응력은 간단한 계산수식에서 하중을 나누는 면적에 차이가 있으며, 공칭응력은 감소하는 단면적을 고려하지 않고 초기 단면적을 하중에서 나누어 계산한 값이며, 진응력은 변형하는 순간의 단면적을 하중에 나누어 계산한 값이다.2) 변형률의 가산성시험편의 늘어난 길이()를 초기 표점 거리()로 나눈 값으로 나타낸다.재료가 하중을 받으면 길이가 계속 늘어나게 되며 실제 변형률은 순간순간 표점 거리에 대한 비율로 나타내어야 한다. 이를 진변형률(또는 대수 변형률)이라 한다. 탄성영역 내에서는 공칭 변형률과 큰 차이가 없으나 소성영역으로 들어가게 되면 길이 변화가 커지게 되므로 차이가 커지게 된다. 진변형률의 변화 로 표시되므로 진변형률은 다음과 같다.이를 공칭변형률과 비교하면 다음의 상관관계를 가지게 된다.3) 0.2% Offset을 하는 이유그림 2. 0.2% Offset인장시험을 하는 도중 초기 단계에서는 시험편 평행부가 하중의 증가에 비례하여 늘어나다 어느 한도에 달하면 하중을 그 이상 증가시키지 않아도 계속 늘어난다. 즉, 하중을 제거한 명백한 영구 변형이 일어난다. 이러한 점을 항복점이라고 한다. 항복강도는 금속이나 합금이 뚜렷한 소성변형을 보이는 강도이다. 응력 – 변형률 곡선

공학/기술| 2023.11.14| 11페이지| 2,000원| 조회(251)

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[경북대학교]기계공학실험 보의굽힘 실험보고서

보의굽힘 실험 보고서학과: 기계공학부과목명:담당 교수님:학번:이름:1. 실험 목적1) 실험 1: 보의 굽힘 모멘트 측정 실험실험 2: 하중이 부과된 점에서 떨어진 점의 모멘트보의 휨 모멘트 측정을 실시한다. 하중(힘)과 작용점에 다라 달라지는 모멘트의 크기를 직접 확인하고 모멘트 이론을 이해한다.2) 실험 3: 단순보의 소성 휨 거동 측정보에 과대하중이 작용 시 소성 처짐이 발생하는 것을 관찰하고, 보의 소성 파괴 모드를 이해한다.2. 실험 관련 이론1) 실험 1: 보의 굽힘 모멘트 측정 실험실험 2: 하중이 부과된 점에서 떨어진 점의 모멘트(1) 굽힘 모멘트 (Bending moment)보(beam)에 하중이 걸리면 보를 휘려고 하는 휨 작용이 일어난다. 어떤 단면에서의 휨 작용의 크기는 그 단면에 관한 한쪽만의 힘이 모멘트로 표현하고, 그 단면의 굽힘 모멘트라 한다. 그림 1과 같이 2개의 지지물 A, B 사이에 걸쳐 놓은 판에 하중이 작용했을 때, 안전규칙에 규정된 허용응력의 값을 넘지 않는 범위에서는 어느 정도의 하중에 견딜 수 있는지 구할 수 있다. 보에 작용하는 하중은, 1개의 하중이 보 전체에 일률적으로 분포해서 작용했을 때(등분포 하중)와 여러 개의 하중이 여러 점에 작용했을 때 및 극단적인 경우, 1개의 하중이 보의 좁은 부분에 집중해서 작용했을 때(1점 집중하중)가 있다. 이들의 경우 같은 크기의 하중이 작용했을 때 가장 큰 굽힘 응력이 발생하는 것은 그림 1과 같이 보의 중앙에 하중이 집중해서 작용할 때다.그림 1. 굽힘 모멘트실험 1은 보의 절단면에서 굽힘 모멘트가 하중 위치에 따라 어떻게 변화하는지 측정하는 것이다. 그림 2는 보에 작용하는 힘 다이어그램(force diagram)을 나타낸 것이다.그림 2. 힘의 다이어그램그림 2에서의 힘의 평형 방정식과 모멘트 평형 방정식은 다음과 같다.실험 1에서 사용하는 굽힘 모멘트의 방정식은 다음과 같으며, 이를 통해 굽힘 모멘트의 이론값을 계산한다.실험 2는 다양한 하중 조건 하에서 보의 절단위해 물체 내부에 발생하는 응력을 굽힘 응력(bending stress), 비틀림 모멘트(torsion moment)에 의한 응력을 비틀림 응력(torsion stress), 두 물체의 접촉에 의해 물체 내부에 발생하는 응력을 접촉응력(contact stress) 등으로 구분한다.사각형 단면을 가진 긴 보를 구부리면 보는 굽힘 모멘트를 받게 되고, 그 결과 보는 길이 방향으로 직선이 아니라 일정한 반경으로 구부러지게 된다. 그리고 보의 내부에는 굽힘 응력이 발생하게 되는데, 이 굽힘 응력은 보의 단면에 수직한 방향이므로 수직응력에 해당된다. 그리고 보의 단면을 중립면(neutral plane)을 중심으로 안쪽과 바깥쪽 영역으로 나누면 안쪽 영역에서는 굽힘 응력이 인장응력이 되고 바깥쪽 영역에서는 굽힘 응력이 압축응력이 된다.중립면은 보가 구부러지더라도 길이방향으로 늘어나지도 줄어들지도 않는 면이기 때문에 굽힘 응력이 전혀 발생하지 않는다. 그리고 보의 단면에서의 굽힘 응력의 크기는 중립면으로부터 수직한 거리에 비례하여 증가한다. 다시 말해 보가 구부러지는 안쪽 면에서 최대 압축 굽힘 응력이 그리고 바깥 면에서 최대 인장 굽힘 응력이 발생한다.그림 6. 굽힘 응력참고자료: Hyperlink "https://www.banditong.com/cae-dict/bending_stress" https://www.banditong.com/cae-dict/bending_stress2) 실험 3: 단순보의 소성 휨 거동 측정(1) 응력 – 변형률 곡선 (Stress-strain curve)그림 7. 응력-변형률 곡선 구조용 강 (좌), 알루미늄 (우)일반적으로 구조용 강(steel)은 명확한 Hyperlink "https://ko.wikipedia.org/wiki/%ED%95%AD%EB%B3%B5_%EA%B0%95%EB%8F%84" o "항복 강도" 항복점까지 선형적인 응력-변형도 관계를 보인다 그림 7(좌). 이 선형 구간을 Hyperlink "https://ko.wikip8C)&action=edit&redlink=1" o "파괴 (재료) (없는 문서)" 파괴에 이르게 된다.그림 7(우)와 같이 강을 제외한 대부분의 Hyperlink "https://ko.wikipedia.org/wiki/%EC%97%B0%EC%84%B1" o "연성" 연성 Hyperlink "https://ko.wikipedia.org/wiki/%EA%B8%88%EC%86%8D" o "금속" 금속은 명확한 항복점을 갖지 않는다. 이런 재료에서 항복 강도는 보통 "오프셋 방법"을 통해 정할 수 있는데, 이는 선형 구간과 같은 기울기를 갖는 직선을 가로좌표의 어느 특정한 점(종종 0.2%)을 지나게 할 때 생기는 응력-변형도 선도와의 교점으로 항복 강도를 정하는 방법이다.참고자료: Hyperlink "https://ko.wikipedia.org/wiki/%EC%9D%91%EB%A0%A5-%EB%B3%80%ED%98%95%EB%8F%84_%EC%84%A0%EB%8F%84" https://ko.wikipedia.org/wiki/%EC%9D%91%EB%A0%A5-%EB%B3%80%ED%98%95%EB%8F%84_%EC%84%A0%EB%8F%84(2) 탄성 (Elasticity)과 소성 (Plasticity)그림 8. 응력-변형률 선도에서 탄성영역과 소성영역물체는 힘이나 열과 같이 외부로부터 자극을 받으면 그 형상이 변하는 변형(deformation)을 일으킨다. 물체는 외부로부터 자극을 받으면 변형에 저항하려는 성질과 변형을 그대로 유지하려는 두가지 상반된 성질을 나타낸다. 전자를 탄성이라고 하고 후자를 소성이라고 한다.탄성은 외부로부터 받은 자극이 제거되면 물체를 원래 형상으로 복원시키려는 성질인 반면, 소성은 외부의 자극이 제거되어도 변형을 그대로 유지하려는 성질이다. 모든 물질은 이 두가지 성질을 지니고 있으며, 외부 자극의 크기에 따라 두 성질 중 어느 것이 우세한지에 좌우된다.참고자료: Hyperlink "https://m.blog.naver.com/meF_{y}S}를 초과하는 휨 모멘트가 작용하면 변형률은 그림 12의 두번째 열의 그래프처럼 증가하게 되고, 응력은 그림 12의 두번째 열의 그래프와 같이, 보의 최상단과 최하단만이 아닌 보의 내부까지 항복 응력 에 도달한 부분이 나타나게 된다. 휨 모멘트가 계속 커지면 보 전체 단면이 항복 응력 에 도달하게 되고, 이때의 변형률은 훨씬 커지게 된다. 보 전체 단면이 항복 응력 에 도달한 경우의 휨 강도를 소성 모멘트(plastic moment) 라 하고 다음과 같다.는 소성단면계수이다.)소성모멘트/항복모멘트의 비를 형상계수(shape factor, f)라고 한다. 대표적인 단면의 형상계수는 단면이 직사각형일 때 1.5, H형 단면일 때 1.12이며 플랜지 부분이 서로 대칭인지에 따라 달라진다.유도과정:그림 13. 보 전체가 완전소성 된 경우그림 13에서 중립축은 축방향 힘의 평형으로부터완전소성상태의 중립축은 단면을 두개의 같은 면적으로 나누어서 구한다. 소성모멘트는 모멘트 평형조건으로부터 다음과 같다.또는,위의 식에서 단면소성계수를 정의하면, 다음과 같다.실험 3에서 보의 단면은 정사각형이므로 이며, 은 항복응력에 면적을 곱했으므로 소성붕괴 시점의 하중()이다. 따라서 실험에서 소성 모멘트의 이론값은 다음과 같은 식을 통해 계산이 가능하다.소성개시 시점에서의 모멘트(항복 모멘트)는 휨 방정식에 의해 중립축에서 가장 멀리 떨어진 점인 최대 모멘트가 발생하는 지점이 항복응력에 도달할 때의 모멘트이며, 다음과 같다.그림 14. 직사각형 단면의 보직사각형 단면의 보에서, 단면계수(S)와 항복모멘트는 다음과 같다.이므로 소성계수는 이다.따라서 직사각형 단면의 보에서 소성모멘트는 이므로단면이 직사각형일 때 형상계수의 이론값은 다음과 같다.참고자료: Hyperlink "https://ko.wikipedia.org/wiki/%ED%9C%A8%EC%9E%AC" https://ko.wikipedia.org/wiki/%ED%9C%A8%EC%9E%AC Hyperlink "http:- 실측 굽힘 모멘트 = 실측하중 모멘트 팔길이(0.125m)(1) 실험 2-1실험 2-1 이론 굽힘 모멘트:(2) 실험 2-2실험 2-2 이론 굽힘 모멘트:(3) 실험 2-3실험 2-3 이론 굽힘 모멘트:3) 실험 3: 단순보의 소성 힘 거동측정- 실험에 사용한 강철:한계응력(항복응력): 325MPa, L=860mm, w=8mm(정사각형)처짐부하 하중부하 하중 변화00-33737664**************************23***************************************0253928010강철의 항복응력:소성붕괴 시점의 하중: 부하하중 변화 으로 가장 작음.단순지지보 단면 2차 모멘트:소성붕괴 시점의 최대 굽힘 모멘트:소성개시 시점의 모멘트:형상인자:직사각형의 형상인자 이론값=1.5형성인자 오차: -44.67%5. 고찰이번 보의굽힘 실험에서는 보에 변화하는 하중이 가해질 때 모멘트의 변화와 처짐의 발생 및 소성파괴에 대해 실험하였다.실험 1에서는 보의 절단면에 100g단위로(0~500g) 하중을 가했을 때 절단면에서의 굽힘 모멘트가 어떻게 변화하는지 알아보았다. 실측하중에 0.125m의 모멘트 팔길이(센서와 하중이 걸리는 지점의 거리)를 곱하여 실측하중0.125m로 실측 굽힘모멘트를 계산하였고, 을 이용하여 이론 굽힘모멘트를 계산하였다. 굽힘모멘트의 이론값 계산식에서 는 상수이고, 하중(가 변수이므로 하중이 증가함에 따라 굽힘모멘트도 선형적으로 증가할 것이라 예상할 수 있다. 실험결과, 하중과 모멘트의 비례선도에서 이론값은 선형적으로 증가하는 것을 확인할 수 있으며, 실측값도 정확히 선형적으로는 아니지만 증가하는 것을 확인할 수 있다. 실험 1에서 실측값 그래프를 봐도 알 수 있듯 오차가 발생한 것을 확인할 수 있다. 이러한 오차가 발생한 원인은 보의 자체하중을 무시한 점, 무게추의 흠집이나 녹, 내부의 불균일함 등을 무시하고 순수 100g이라 가정하여 실험했기 때문에 하중을 늘릴 때마다 오차가 누적되어 실험에 영향을 주었을 것

공학/기술| 2023.11.14| 15페이지| 2,000원| 조회(188)

족보, 기계공학실험, 기계공학부, 경북대학교, 3학년 1학기

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[경북대학교]기계공학실험 마이크로표면측정 실험보고서

마이크로 표면 측정 실험 보고서학과: 기계공학부과목명:담당 교수님:학번:이름:1. 실험 목적본 실험에서는 마이크로 디바이스(Micro-device, MEMS)에서 중요한 요소 중 하나인 표면특성에 대하여 알아본다. 접촉각(contact angle) 측정을 통해서 표면의 친수성(hydrophilicity)과 소수성(hydrophobicity)에 대해 알아보고 마이크로 디바이스의 응용과 표면 개질(surface modification)에 대해 고찰해본다.2. 실험 관련 이론1) 친수성 (Hydrophilicity), 소수성 (Hydrophobicity)어떤 물질의 성질이 물과 강하게 상호작용을 하고 강한 친화력을 가지고 있으면서, 물에 잘 용해되는 물질을 말한다. 친수성 고분자 화합물이나 계면활성제의 미셀 콜로이드 등은 이 성질이 강하여, 친수성이 큰 분자는 물과 같은 극성 용매에 녹는 성질이 크다. 또한 계면활성제 같은 다른 극성의 물질계면에 작용하는 물질군에서는 분자 내 분극성, 극성기의 위치가 물질의 성질에 영향을 크게 미치기 때문에 친수기, 소수기(또는 극성기, 비극성기)의 개념은 중요하다. 단백질용액은 대표적인 친수성 콜로이드 용액이다. -OH, -COOH, -NH2, -CO, -SO3H 등을 갖는 물질은 친수성을 나타낸다.소수성은 친수성에 대한 반대말로 물에 대해 친하지 않은 성질, 또는 물을 안 받고 겉도는 성질을 가리키는 용어이다. 즉, 물과 화합되지 않고 물을 밀어내는 성질을 말한다. 물에 대해 친화력이 작은 성질을 가진다. 물과는 섞이지 않으며 기름과의 친화력이 커서 기름과 잘 섞이는 성질이다. 알칼기(CnH2n+1), 페닐기(C6H5) 등의 소수성기를 갖고 있다. 일반적으로 극성을 띠지 않으면 소수성 물질이다.참고자료: Hyperlink "https://terms.naver.com/entry.naver?docId=3395701&cid=60289&categoryId=60289" https://terms.naver.com/entry.naver?doive drop method(5) 히스테리시스 (Hysteresis)동접촉각에서 전진각과 후진각의 차리를 히스테리시스라 한다. 이상적으로 완벽한 표면의 경우 히스테리시스는 나타나지 않겠지만 실제 물질의 표면은 표면 거칠기 등의 상태로 인하여 히스테리시스를 지니게 된다. 표면 거칠기가 크거나 표면의 물리적, 화학적 비 균질성이 클수록 큰 히스테리시스를 보이게 된다.참고자료: [2022년도 기계공학실험, 경북대학교 기계공학부]4) PDMS (Polydimethylsiloxane)폴리디메틸실록산이라는 복잡한 이름의 이 물질은 줄여서 PDMS라고 하거나 아니면 그냥 실리콘 오일이라고 부른다. 좀 더 정확히 말하자면 실리콘 오일(polymerized siloxane)의 한 종류이다. 흔히 실리콘이라고 하는 고분자 유기규소 화합물(polymeric organosilicon compounds)에 속하며 우리 생활용품에도 종종 함유되는 물질이다. 실리콘 계열 유기중합체 중에서는 가장 널리 사용되는 물질인데 녹아 흐르는 특성 즉, 유동적 특성이 독특하다.PDMS는 여러가지 유용한 특성을 지닌다. 광학적으로 보면 색깔이 투명한 성질을 띄고, 불활성 물질이다. 불활성 물질이란 화학적으로 매우 안정된 상태를 지니고 있어서 다른 물질과 접촉해도 반응이나 변화없이 그 상태를 그대로 유지하는 물질을 말한다. 그래서 불도 안 붙고 독성도 없다.이 실리콘 오일은 콘텍트 렌즈에도 사용하고, 의료기기 혹은 고무처럼 탄성이 필요한 소재에 사용하며 이 외에도 다루기 쉽고 유연하고 투명한 광학적 특성 때문에 여러가지 제품 제조에 있어서 대단히 광범위한 분야에 사용된다.참고자료: Hyperlink "https://mychemiworld.tistory.com/6" https://mychemiworld.tistory.com/65) 실리콘 웨이퍼 (Silicon wafer)실리콘 웨이퍼는 실리콘 단결정 또는 다결정을 길게 기른 후 얇게 잘라서 판모양으로 만든 것이다. 반도체 집적회로나 태양 전지에 널리 사re ModeCosine174.065.469.798.06-47.54manual 10.347263.763.763.7105.06-40.54manual 20.443AVG68.8564.5566.70101.56-44.040.402) < Liquid: DI-water / Substrate: Si >No.Left angle (L.A.)Right angle (R.A.)Average angleAdhesion energy (WA)Spreading energy (S)Measure ModeCosine188.687.388.075.40-70.20manual 10.036289.389.389.373.69-71.91manual 20.012AVG88.4588.3088.6574.55-71.060.023) < Liquid: DI-water / Substrate: PDMS >No.Left angle (L.A.)Right angle (R.A.)Average angleAdhesion energy (WA)Spreading energy (S)Measure ModeCosine183.374.078.787.13-58.47manual 10.197279.979.479.785.88-59.72manual 20.180AVG81.6076.7079.2086.51-59.100.193-1) 플라즈마 처리를 통해 표면이 개질된 PDMS에 DI-water를 접촉시켰을 때, 닿자마자 표면에 물방울이 넓게 퍼져 사라지는 것을 확인할 수 있었다. 물방울이 사라졌기 때문에 접촉각을 측정할 수 없었으므로 0로 추정한다.4) < Liquid: DI-water / Substrate: Teflon (PTFE) >No.Left angle (L.A.)Right angle (R.A.)Average angleAdhesion energy (WA)Spreading energy (S)Measure ModeCosine1114.0111.1112.644.88-100.72manual 1-0.3832113.7110.3112.045.53-100.07manual 2-브리드 구조체는 생체외(In vitro) 평가에서 뛰어난 세포 성장 및 분화를 보였다.나아가 연구팀은 인간 지방유래 줄기 세포 비드가 포함된 하이브리드 구조체를 제작하고 마우스의 근육 결손 모델을 이용한 생체내(In vivo) 평가를 진행하였다. 그 결과 구조체 이식 4주 후 하이브리드 구조체는 기존 바이오프린팅된 구조체에 비해 전체적인 근육 볼륨 및 무게가 증가하였으며, 조직학 및 면역 형광 염색 평가에서 향상된 근 섬유 생성 및 근 기능을 보였다.또한 연구팀은 개발된 구조체의 근 재생 효능을 추적하기 위해 실시한 유전자 염기서열(RNA sequencing) 분석에서 줄기세포 비드 포함 하이브리드 구조체는 근육 재생에 유리한 유전자들을 활발히 발현시키는 반면 염증 유발 관련 유전자들은 낮게 발현시키는 유전적 패턴을 보였다. 결과적으로 줄기세포 비드 포함 하이브리드 구조체는 손상된 근육 재생에 매우 탁월한 효과를 보임을 확인할 수 있었다.그림 8. 원스텝 미세유체 시스템 개략도 및 제작된 세포 비드 함유 기능성 하이브리드 구조체참고자료: Hyperlink "https://www.ibric.org/myboard/read.php?Board=news&id=337812" https://www.ibric.org/myboard/read.php?Board=news&id=3378122) 미세 유체 연료전지 (Microfluidic fuel cell)미세 유체 연료전지(microfluidic fuel cell)는 미세 유체학적 층류(laminar flow or co-laminar flow)의 장점을 취하여 연료와 산화제의 혼합을 지연시키는 연료전지로 정의하고 있다. 이러한 연료전지는 기본적으로 전해 막을 갖지 않는 아키텍처로 단순 미세 유체 채널과 전극인 벽이 한 몸체를 이룬다. 2002년에 발명되어 E.R. Choban과 Erik Kjeang과 같은 사람들에 의해서 집중적으로 연구되고 발표되고 있으며 아키텍처는 우리나라에서도 특허를 얻고 있는 새로운 연료전지 구성이다.참고자을 하기도 하며 이러한 표면 개질 방법을 단순 공기 래디칼 하에서의 표면 개질과 구분하기위해 플라즈마 표면 개질이라 칭하기도 한다참고자료: Hyperlink "https://ko.wikipedia.org/wiki/%ED%94%8C%EB%9D%BC%EC%8A%A4%EB%A7%88" https://ko.wikipedia.org/wiki/%ED%94%8C%EB%9D%BC%EC%8A%A4%EB%A7%88 [위키백과] Hyperlink "https://www.cheric.org/files/research/ip/p201706/p201706-101.pdf" https://www.cheric.org/files/research/ip/p201706/p201706-101.pdf Hyperlink "https://plusji.tistory.com/8" https://plusji.tistory.com/85-4. 기타 표면개질(surface modification)을 물리적/화학적 방법으로 나누어 간략히 조사하시오.1) 물리적 표면개질 처리- 열처리 (Thermal treatment)열처리란 강을 가열해서 냉각시키는 조작으로써 이는 강의 재질을 개선하고 필요한 성질을 얻기 위해 꼭 필요한 작업이다. 열처리의 주목적은 기계적 성질을 개선하고 조직을 미세화하고 강제의 연화, 강제중 편성의 제거, 표면만의 강화층을 형성시키는 것이다.- 유도경화 (Induction hardening)고주파 전류를 강제 부품의 형상에 대응시킨 1차 코일 쪽에 통하게 하고 그 가운데에 강제 부품에 고주파 유도를 통해 강제의 표면을 변태점 이상으로 가열하여 담금질하는 방법이다. 중탄소강, 보통주철, 가단주철, 구상흑연주철 등에 적용하며 경화층 깊이는 0.4~3.2mm 정도이다. 가열시간이 짧고 피로강도가 증가하고, 제한된 국부 경화에 적합하고, 표면 산화와 탈탄이 최소로 일어난다는 장점이 있다.- 화염경화 (Flame hardening)화염경화는 아세틸린이나 프로판 가스와 산소와의 화염에 의해 급속히 가열하여 오MAT2

공학/기술| 2023.11.14| 14페이지| 2,000원| 조회(180)

족보, 기계공학실험, 기계공학부, 경북대학교, 3학년 1학기

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