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부0대학교 응용실험 스트레인게이지

REPORT제목제 목 : 스트레인게이지 실험학 번 :분반 및 조 : 1분반 2조성 명 :실험 일자 : 2020 년 10월 15 일제출 일자 : 2020 년 10월 29 일1. 스트레인게이지 실험1) 실험목적-스트레인게이지를 이용하여 스트레인 측정 원리 이해-스트레인게이지에서 얻어진 PC 데이터 처리방법 습득-Stress ? Strain 관계를 이해하고 E를 구하는 방법 습득2) 실험 순서 및 방법(1) 시편제작 (SM45C)1. 사포 (100-220-400-600-1000) : 각 과정(거칠기 정도) 마다 5~10분2. 아세톤으로 시편 닦기- 위 과정은 이전 실험 시편으로 진행했기에 과정이 진행됬는지 알 수 없음.3. 순간접착제로 스트레인 게이지 부착4. 게이지 터미널 부착(2) 측정1. 시편을 하중장치에 연걸(0~100kgf)2. 각 채널에 로드셀, 스트레인 게이지0번X10 =W: 하중 측정1번` TIMES `10 ^{-3} = epsilon 스트레인 측정3. Software 실행※ 영점조절 : repeat check → Average(오차)→ Signal Station의 Offset 조정 0점 조정→ Repeat check X- Connect Com3- 10mus & 1000 length로 repeat- 0,1 채널 checkCheck Sampling 10000mus ? 0.01초(간격)AD length ? 1000⇒ 10초간 Data→ 실험 save 후 저장 파일 생성→ AD Start 후 핸들 돌리기 (하중 부하)→ AD Stop3) 실험 장치 및 구성- 수직용 이송장치(하중장치) - PC(스트레인게이지 프로그램)- 스트레인 게이지 ? 순간접착제 ? 인장 압축용 로드셀 ? 게이지터미널- Signal station 등등..4) 실험내용(1) 탄성계수 식 유도1. Hook‘s lawE`= {sigma } over {epsilon } ` … ①2. 굽힘모멘트M```=(l-a)W` … ②3. 굽힘응력sigma = {M} over {Z} = {6M} over {bh ^{2}} ```````````````````(` BECAUSE `Z= {bh ^{2}} over {6} `) … ③4. ②를 ③에 대입하면sigma ``=`` {6W(l-a)} over {bh ^{2}}… ④5. ④을 ①에 대입하면THEREFORE `E```=` {6W(l-a)} over {epsilon bh ^{2}}5) 실험결과(1) 치수ablh치수94.95mm49.90mm263.35mm6.00mm(2) w-t,varepsilon -t, w-varepsilon 그래프 + 실사진 그래프w-tvarepsilon -tvarepsilon -w 그래프실사진 그래프와 실험값 그래프 비교t(sec)(3)varepsilon -w 그래프에서 기울기({varepsilon } over {W})를 피팅(추세선) 해서 E값 계산Excel 프로그램을 이용하여 추세선을 삽입하여 Linear fit을 하였고 그 기울기({varepsilon } over {W})는 1.38E-4 /kgf 이다원래 정확한 값을 얻기 위해선 스트레인게이지를 4개(휘스턴 브릿지) 사용해야 하지만, 이번실험은 간략화를 위해 1개를 사용했으므로 탄성 계수를 구할 시 보정계수 4를 곱해준다.ablh치수94.95mm49.90mm263.35mm6.00mm값들을 이용하여EPSILON = {6w(l-a)} over {varepsilon bh ^{2}} TIMES 4`=` {6(l-a)} over {bh ^{2}} ÷ {varepsilon } over {w} TIMES 4 을 구한다.수치를 대입해보면E= {6 TIMES (263.35-94.95)} over {49.9 TIMES 6.00 ^{2}} ÷(1.38 TIMES 10 ^{-4} ) TIMES 4=16303.14[kgf/mm ^{eqalign{2#}} ] 이다.위의 값에서 단위를 1Kgf=9.8N, 1m ^{2}=1000000mm ^{2}단위로 맞춰준다.(1N/m ^{2} =1Pa)16303.14 {kgf} over {mm ^{2}} TIMES {9.8N} over {1kgf} TIMES {1mm ^{2}} over {10 ^{-6} m ^{2}} =159.77 TIMES 10 ^{9} [N/m ^{2} ]`=159.77 TIMES 10 ^{9} [Pa]=`159.77[GPa](4) SM45C 테이블 조사출처 : http://www.matweb.com/search/DataSheet.aspx?MatGUID=cbe4fd0a73cf4690853935f52d910784&ckck=1(5) 오차율 및 오차 원인 분석- 실험을 통해 구한 탄성계수와 실제 테이블을 참고한 탄성계수 비교- 실험값16303.14 {kgf} over {mm ^{2}} TIMES {9.8N} over {1kgf} TIMES {1mm ^{2}} over {10 ^{-6} m ^{2}} =159.77 TIMES 10 ^{9} [N/m ^{2} ]`=159.77 TIMES 10 ^{9} [Pa]=`159.77[GPa]- 이론값E (modulus of elastic) of SM45C (S45C) 기계구조용 탄소강E=206GPa상대오차E```상대오차(%)= {(참값-실험값)} over {참값} TIMES 100= {(206-159.77)} over {206} TIMES 100=0.22442 image 22.44%오차원인분석1. 표면조도에 따른 측정오차있음. 실험 영상으로만 보았을 때 지난 실험에서 사용했던 시편을 그대로 사용했는데, 사포질을 했는지 혹은 얼마나 고운사포 호수 까지 진행했는지 알 수 없지만, 표면 조도에 따른 오차는 존재할 수 밖에 없다.2. 스트레인게이지를 사람이 수작업으로 붙이기 때문에 완벽히 중앙 평행하게 붙일 수 없다. 따라서 각도가 틀어졌을 가능성 있다. 따라서 종방향 굽힘이 존재해 결과값에 오차를 유발한다.3. 탄성계수를 구할 때 스트레인 게이지를 하나만 사용해서 계산 시에 수정계수 4를 곱한다. 여기서 오차역시 4배가 되므로 오차가 커질 수밖에 없다.4. PC상에 측정할 당시 육안으로 그래프를 조절 했기 때문에영점조절에서 오차 발생함.5. 버니어 캘리퍼스로 단위 측정상 사람이 측정하므로 오차발생6. 스트레인게이지 자체에서 처음 만들떄 Gage Factor와 Gage Resistance에서 각±10%,`±0.2Ω 의 오차를 가진다. 그리고 게이지의 길이도 5mm에서 오차를 가진다.7. 스트레인 게이지의 스펙은 기온24도, 습도20%를 기준으로 하는데 기상청에 지난 날씨를 보았을 때 평균 기온 11.7도로 온도가 달라 미세한 오차를 유발했다.(www.weather.go.kr/weather/climate/past_cal.jsp, 기상청)8. SM45C의 물성치도 정확한 치수가 아니다. 측정한 시편마다 탄소 함유량이 다르기 때문이다.6) 결론 및 고찰이번 실험은 스트레인 게이지를 이용하여 시편(SM45C)의 탄성계수를 구할 수 있었다. 시편을 로드셀에 고정하여 동하중을 주면서 시편이 얼마나 늘어나는지 측정해보았고 측정값을 받아서Hook's`law 를 이용하여 이론으로만 접했던 탄성계수 유도식과 그를 이용해 탄성계수를 구하여 보았다. 실제 실험을 통해 탄성계수를 구하고 실제값과 비교하여 오차를 측정해보니 약 22.44% 로 큰 오차를 가졌다.큰 오차를 보고 측정할 시 스트레인 게이지의 개수나 정밀한 장치의 중요성을 깨닫게 되었다. 한가지 아쉬운 점이 있다면, 코로나로 인해 실험에 참여하지 못하고 동영상으로 접해 직접 해보지 못한점이 아쉬웠고, 정밀성을 높이는 작업 예를 들어 사포질이나 아세톤을 발라 철가루를 제거하는 작업이 얼마나 진행되었는지 알 수 없는 점이 있다.다음에 여건이 된다면 휘스턴 브릿지를 제대로 구성하여 더욱 오차를 줄여서 실험을 해보고 싶다. 또한, 책으로만 배우던 내용을 실제 실험을 통해 계산해 봄으로써 개념정립이 확실히 됨을 느꼈다.휘스턴 브릿지로 측정을 한다면, 저항 측정 시 측정 값의 변화에 따라 계측기 지침에 편위를 일으켜 편위와 눈금을 비교하는 편위법을 사용한 쿼터플 브릿지에 비해 측정하려고 하는 양과 같은 종류로서 크기를 조정할 수 있는 기준량을 측정량에 평형시켜 계측기의 지시가 0위치를 나타낼 때 기준량의 크기로부터 측정량을 간접으로 아는 영위법을 사용하기 때문에 보다 더 정확한 측정을 할 수 있다.

공학/기술| 2020.11.01| 7페이지| 2,000원| 조회(209)

기계공학, 스트레인게이지, 응용실험

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