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중앙대학교 고체재료실험 금속인장

분반조학번이름[금속 인장 실험 결과 보고서]고체/재료실험금속 인장 시편의 준비, 그리고 인장 시험까지의 실험 과정을 서술하시오. 그리고 Al의 기본 물성을 조사하시오.◆ 실험 과정1) 시편의 재질은 6061 aluminum alloy로 준비한다.2) 캘리퍼스를 이용하여 준비된 알루미늄 시편의 단면적, 게이지 길이, 시편 길이, 두께 등 여러 측정할 수 있는 수치를 측정한다.3) 시편을 grip에 고정시킨다. 하부 grip에 장착 후 crosshead를 수동으로 매우 낮은 속도로 하강시키고 상부 grip중앙에 위치시킨 후 장착시킨다.4) 준비가 되면 조교의 감독, 지시아래 인장시험을 시작하고 인장시험에서 관측할 수 있는 여러 현상(네킹 현상, 파단 현상)을 관찰한다.5) 알루미늄 시편이 파단 되면 grip으로부터 시편을 분리한 뒤, 파단면을 관찰하고 필요시 기록이나 사진을 남긴다. 또한, 실험 컴퓨터에서 인장시험 동안 시간마다 기록된 하중, 변위 데이터를 수집한다.6) 캘리퍼스를 이용하여 파단된 시편의 단면적, 게이지 길이, 시편 길이, 두께 등 여러 측정할 수 있는 수치를 측정한다.탄성 계수68.9 GPa파단 신장도12%~17%경도(HB)95항복 강도276 MPa인장 강도310 MPa푸아송 비0.33파단 강도96.5 MPa전단 탄성 계수26 GPa밀도2.7 g/cc◆ 6061 aluminum alloy의 기본 물성게이지 길이시편 길이게이지 너비시편 두께단면적 넓이푸아송 비파단 전60.00mm183.43mm12.52mm4.08mm51.0816-파단 후66.55mm257.66mm10.65mm3.82mm40.68300.369086◆ 캘리퍼스를 활용한 알루미늄 시편의 파단 전, 파단 후 물성치* 캘리퍼스의 측정 가능한 길이 범위보다 시편의 길이가 길기 때문에 세 부분으로 나누어서 측정했다. ,* 단면적의 넓이는 측정된 값인 게이지 너비와 시편 두께의 곱으로 구했다. (게이지 너비) * (시편 두께) 이용하면 ,* 푸아송 비()는 – * (세로변형률)/(가로변형률)이므로, 이고, 따라서 이다.인장 시편의 응력-변형률 선도(Stress-Strain curve)를 그리시오초기 시편의 캘리퍼스 측정값에 의하면, 이다.하중과 변형된 길이는 실험 데이터에서 주어졌으므로, 응력과 변형률식을 활용하여 Stress-Strain curve를 그릴 수 있다.실험 결과 및 계산- 시편의 탄성 계수, 항복 강도, 인장 강도, 연신율, 단면적 감소율의 Table파단 이후 시편의 캘리퍼스 측정값에 의하면, 이고,연신율(%EL):단면적감소율 (%RA): 이다.한편, Stress-Strain curve와 0.2%offset직선의 교점은 (0.0112743, 298.969)이고, 여기서 각각 0.0112743은 항복 연신율, 298.969MPa는 항복 강도임을 알 수 있다.탄성 계수항복 강도인장 강도연신율단면적 감소율32.2362GPa298.969MPa326.170MPa40.4678%20.3568%* 탄성 계수를 구하기 위해 그래프1의 적절한 두 점(0.00163550, 16.7464 MPa), (0.00964946, 275.086 MPa)(두 번째 점은 비례한도로 가정)을 가정했다. (원점부터 측정하는 것이 원칙이지만, 원점 근처의 그래프 부분이 선형과 거리가 있어 그 부분 이후의 구간으로 부터 측정을 시작했다.)- 시편의 파단면 관찰알루미늄 시편이 파단 된 모습을 볼 때, 전형적인 연성 거동을 보이고 있다. 찢어지는 듯한 파단면의 모습을 관찰할 수 있고, 폴리머 시편에 비해서 네킹 현상이 뚜렷하게 관찰된다. 그리고 시편이 파단 될 때, 비스듬하게 파단 된 점도 관측할 수 있다. 지난주에 폴리머 인장 시험을 했을 때, 폴리머 인장 시험에 비해서 단면적 감소율과 연신율이 훨씬 많은 것을 알 수 있다. 이를 통해서도, 알루미늄이 연성 물질임을 알 수 있다.알루미늄 시편폴리머 시편연신율40.4678%0.108573%단면적 감소율20.3568%4.88058%4. 고찰 및 결론- Al의 기본 물성과 본 실험에서 사용된 시편의 실험 결과 간에 차이점을 서술하고, 만일 기대한 결과가 나타나지 않았다면 이유를 고찰하시오.우선, 표1과 표3을 통해 탄성 계수와 항복 강도의 오차를 비교할 때, 각각 -53.21%, 8.32%임을 알 수 있고, 항복 강도도 상당한 오차를 가지고 있고, 특히, 탄성계수가 많은 오차를 가지고 있음을 알 수 있다. 오차가 발생한 원인으로는그립이 시편을 제대로 지탱하지 못해서 시편의 상부와 하부에 작용하는 힘의 차이직접 손으로 측정한 시편 물성치의 오류시험 초반의 응력-변형률 선도에서 관찰되는 비선형부분 -> 그립의 slip현상탄성 계수를 구하기 위한 가정의 오류 6061 알루미늄 시편의 특징을 나타낸 것2. 고체∙재료 실험. 중앙대학교 기계공학부3. William D. Callister, jr. & David G. Rethwisch. (2020). Callister’s Materials Science and Engineering. 10th ed. Wiley.4. 김승한 교수님 고체재료실험 – 인장시험 ppt

공학/기술| 2023.10.20| 5페이지| 3,000원| 조회(317)

인장, 중앙대학교, 고체재료실험, 금속인장

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중앙대학교 고체재료실험 폴리머 인장 실험 결과 보고서

분반조학번이름[폴리머 인장 실험 결과 보고서]고체/재료실험폴리머 인장 시편의 준비, 그리고 인장 시험까지의 실험 과정을 서술하시오. 그리고 PLA의 기본 물성을 조사하시오.◆ 실험 과정1) Makerspace에서 폴리머 시편을 미리 준비한다. Ultimaker 기기를 이용하여, 시편의 재질은 PLA, 3D프린팅 밀도는 50%로 준비한다.2) 캘리퍼스를 이용하여 준비된 폴리머 시편의 단면적, 게이지 길이, 시편 길이, 두께 등 여러 측정할 수 있는 수치를 측정한다.3) 시편을 grip에 고정시킨다. 하부 grip에 장착 후 crosshead를 수동으로 매우 낮은 속도로 하강시키고 상부 grip중앙에 위치시킨 후 장착시킨다.4) 준비가 되면 조교의 감독, 지시아래 인장시험을 시작하고 인장시험에서 관측할 수 있는 여러 현상(네킹 현상, 파단 현상)을 관찰한다.5) 폴리머 시편이 파단 되면 grip으로부터 시편을 분리한 뒤, 파단면을 관찰하고 필요시 기록이나 사진을 남긴다. 또한, 실험 컴퓨터에서 인장시험 동안 시간마다 기록된 하중, 변위 데이터를 수집한다.6) 캘리퍼스를 이용하여 파단된 시편의 단면적, 게이지 길이, 시편 길이, 두께 등 여러 측정할 수 있는 수치를 측정한다.탄성 계수2346.5 MPa파단 신장도5.2%경도83(Shore D)항복 강도49.5 MPa굴곡 강도103.0 MPa파단 강도45.6 MPa아이조드 충격강도(노치)5.1 KJ/(@ 23)비중1.24항복 신장도3.3%굴곡 탄성률3150.0 MPa◆ PLA의 기본 물성게이지 길이시편 길이게이지 너비시편 두께단면적 넓이그립 너비파단 전60.04mm211.84mm12.46mm4.31mm53.702619.92mm파단 후60.49mm212.07mm12.52mm4.08mm51.081619.93mm◆ 캘리퍼스를 활용한 폴리머 시편의 파단 전, 파단 후 물성치* 캘리퍼스의 측정 가능한 길이 범위보다 시편의 길이가 길기 때문에 세 부분으로 나누어서 측정했다. ,2. 인장 시편의 응력-변형률 선도(Stress-Strain curve)를 그리시오.초기 시편의 캘리퍼스 측정값에 의하면 ,하중과 변형된 길이는 실험 데이터에서 주어졌으므로, 응력과 변형률식을 활용하여 Stress-Strain curve를 그릴 수 있다..3. 실험 결과 및 계산- 시편의 탄성 계수, 항복 강도, 인장 강도, 연신율, 단면적 감소율의 Table파단 이후 시편의 캘리퍼스 측정값에 의하면 ,연신율 (%EL):단면적감소율 (%RA): 0.0488058%탄성 계수항복 강도인장 강도연신율단면적 감소율3664.86 MPa31.7851MPa31.9312MPa0.00108573%0.0488058%* 탄성 계수를 구하기 위해 그래프1의 적절한 두 점(0.000566465, 0.80376 MPa), (0.00538142, 18.4499 MPa)을 가정했다. (원점부터 측정하는 것이 원칙이지만, 원점 근처의 그래프 부분이 선형과 거리가 있어 그 부분 이후 구간으로부터 측정을 시작했다.)- 시편의 파단면 관찰그림1, 2에서 보면 파단면에서 일정한 간격으로 생긴 작은 cavity를 관찰할 수 있고, 네킹 현상이 눈에 띌 정도로 관측되지는 않았다. 시편의 게이지 바깥에서 파단이 일어났다.4. 고찰 및 결론- PLA의 기본 물성과 본 실험에서 사용된 시편의 실험 결과 간에 차이점을 서술하고, 만일 기대한 결과가 나타나지 않았다면 이유를 고찰하시오.우선, 표1과 표2를 통해 탄성 계수와 항복 강도의 오차를 비교할 때, 각각 56.18%, -35.79%임을 알 수 있고, 상당히 많은 오차가 있음을 알 수 있다. 오차가 발생한 원인으로는시편의 게이지 바깥에서 파단이 일어나서 발생하는 하중과 신율의 오차그립이 시편을 제대로 지탱하지 못해서 시편의 상부와 하부에 작용하는 힘의 차이직접 손으로 측정한 시편 물성치의 오류시험 초반의 응력-변형률 선도에서 관찰되는 비선형부분탄성 계수를 구하기 위한 가정의 오류 등이 있다고 생각한다.- 인성(Toughness)의 정의를 서술하고, 이를 본 실험 결과와 연관지어 설명하시오.인성(Toughness)은 재료가 파단되기 전까지 흡수하는 에너지를 의미한다. 응력-변형률 선도의 에 면적에 해당하는 부분이 인성이다. 이번 실험에서는 PLA시편을 인장 시켜 재료에 관한 여러 물성치(탄성 계수, 항복 강도, 인장 강도, 파단 강도 등)를 알게 되었고, 이를 통해 응력-변형률 선도를 그리며 인성과 응력-변형률 선도가 관련이 있다는 사실을 직접 실험하며 느끼게 되었다.- 탄성 변형률 회복(Elastic strain recovery)에 대해 설명하고, 이를 본 실험 결과와 연관지어 설명하시오.탄성 변형률 회복은 재료에 하중이 가해져 변형이 일어난 후, 하중을 제거하면 전체 변형률 중에서 탄성 변형이 된 만큼 원래대로 회복이 되는 성질을 뜻한다. 탄성영역에서 하중을 제거하면 재료가 원상태로 돌아오고, 소성영역에서 하중을 제거하면 새로운 항복점이 생기며 탄성영역의 구간이 더 길어진다.이 실험에서는 (0.00538142, 18.4499 MPa)을 비례한도로 가정했으므로 이전까지는 탄성 영역, 이후로는 소성 영역이라고 볼 수 있다.◆참고 문헌 1.https://support.ultimaker.com/hc/en-us/articles/360011962720-Ultimaker-PLA-TDS (표1의 참고 문헌)2. 고체∙재료 실험. 중앙대학교 기계공학부3. William D. Callister, jr. & David G. Rethwisch. (2020). Callister’s Materials Science and Engineering. 10th ed. Wiley.4. 김승한 교수님 고체재료실험 – 인장시험 ppt

공학/기술| 2023.10.20| 3페이지| 3,000원| 조회(219)

인장, 중앙대학교, 고체재료실험, 폴리머인장

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중앙대학교 고체재료실험 충격 실험 결과보고서

분반조학번이름[충격 실험 결과 보고서]고체/재료실험1. 충격 실험 과정(1) Normalizing, Quenching의 두 열처리 방법을 거친 SM45C(0.45wt%C) 시편을 준비한다.(2) 샘플의 치수 등을 미리 측정하며, 필요한 경우 사진 등의 자료를 남긴다.(3) 충격시험기의 Pendulum을 고정시킨 후 시험기 전방에 있는 손잡이를 회전시켜 Pendulum을 상승시킨다. 이 때, Pendulum의 전후방으로부터 벗어나 Pendulum고정이 풀려 낙하해서 발생하는 만일의 사고에 대비하며, 안전 레버 체결을 꼭 확인한다.(4) Pendulum을 90까지 눈금을 맞춰서 올린 후 하강시킨다. (조교의 확인 이후 실험 진행) 이때 90를 라고 하자.(5) Pendulum이 완전히 멈출 때까지 절대로 가까이 가지 않도록 하며, 완전히 멈출 때까지 기다린다.(6) Pendulum이 완전히 멈춘 후 Pendulum의 각도를 확인한다. 이때 측정한 각도를 라고 하자.*(3) – (6) 과정은 공기 저항 등으로 인한 충격시험기 자체의 에너지 손실을 확인하는 과정이다.(7) 충격시험기의 Anvil에 시편의 v-notch 부분이 정중앙에 오도록 올려놓는다. Anvil은 Pendulum이 지나가는 통로 중간 부분이며 노치 부분의 방향을 Pendulum의 타격부위 반대편에 위치하도록 시편을 올려놓는다.(8) Anvil에 시편이 올려진 채로 (3)-(6)의 과정을 반복한다. 2개의 시편을 실험해야 하므로, 나머지 시편도 (3)-(6)의 과정을 반복한다.(9) 시편 충격 시험이 끝나면, 각 시편의 파단면을 관찰하고, 필요시 사진을 촬영한다. 폭, 치수 등의 변화가 있으면 기록한다.(10) 조별로 연성 파단 시편과 취성 파단 시편을 선택해 조교에게 제출하며, 실험실을 정리하고 실험을 마친다.2. 충격 실험 결과◆ (3) – (6) 실험과정에서 측정한 충격시험기에서 발생하는 에너지 손실= 90, = 86, m = 26.14kg, R = 0.75 m, g = 9.81 일 때,13.416 J◆ 각 열처리 시편 별 충격흡수에너지 (계산 과정 포함)첫번째 시편의 충격흡수에너지= 90, = 56, m = 26.14kg, R = 0.75 m, g = 9.81 일 때,107.547 J이 계산결과에서 충격시험기에서 발생하는 에너지 손실을 빼야 하므로, 그 결과는94.131 J두번째 시편의 충격흡수에너지= 90, = 42, m = 26.14kg, R = 0.75 m, g = 9.81 일 때,142.925 J이 계산결과에서 충격시험기에서 발생하는 에너지 손실을 빼야 하므로, 그 결과는129.509 J3. 충격 실험 고찰 및 결론각 열처리 시편의 파단면을 관찰하고 특징을 비교하여 설명하시오.시편1의 파단면의 모습을 보면, 파단면이 울퉁불퉁하며, 광택을 확인할 수 있고, 시편의 색이 약간 적갈색이며 입자의 크기가 크다. 시편2의 파단면의 모습을 보면, 시편1보다 충격흡수에너지를 더 흡수했지만, 시편이 두 조각으로 분리되지 않은 완전히 파단되지 않은 모습을 보여주고 있다. 또한, Cup-Corn구조를 관찰할 수 있고, Dimple의 소성변형 형상을 관찰할 수 있다. 입자의 크기도 상대적으로 작은 편이다.원래 조교님이 보여주신 다른 조의 시편1과 시편2의 파단면의 모습을 관찰하면 특징이 더 뚜렷하게 구별되며 다른 점을 발견할 수 있는데, Quenching열처리를 한 시편2의 경우 일반적으로 경도가 높아 소성 변형에 대해 저항이 강한 것으로 알고 있지만, 충격 하중을 가하는 시간이 매우 짧아 취성 거동에 가까운 모습을 보여주고 있다.한편, 우리 조가 실험한 시편을 보았을 때, 시편1은 전형적인 취성 거동의 모습을 보여주고, 시편2는 연성과 취성의 특징이 모두 드러나는데, 그래서 연성, 취성의 모습을 둘 다 보여주기 때문에 어떤 열처리를 했는지가 알기 어려웠다. 그래서, 취성 거동 모습을 많이 보이는 시편1을 Quenching열처리 한 시편으로 생각했고, 시편2를 Normalizing열처리 한 시편으로 생각했다. 특성이 조금 더 명확하게 드러나면 더 좋은 실험이 됬을 것 같은데, 그것이 안되서 좀 아쉽게 생각한다.각 열처리 시편 간에 충격흡수에너지 차이가 발생하는 이유를 공학적으로 설명하시오.시편을 열처리하는 방법에 따라 재료의 거동이 달라지기 때문이다. 위 실험에서 보듯이 같은 시편이여도 Normalizing열처리한 시편과 Quenching열처리한 시편의 충격흡수에너지가 달라진다.또한, 시편에 충격 하중을 가하는 시간에 따라서도 영향을 받는데, 가하는 시간이 짧으면 짧을수록 변형률 속도가 빨라져서, 소성 변형을 하는데 필요한 시간보다 짧게 되어서 취성 거동을 나타내며 파괴되기도 한다.충격흡수에너지는 인성과 관련이 크다고 볼 수 있다. 파단에 저항하는 능력이 인성인데, 인성이 클수록 대체로 연성 거동을 보여줄 가능성이 높으며, 인성이 작을수록 대체로 취성 거동을 보일 가능성이 높다.충격흡수에너지는 응력-변형률 선도에서 이론상 면적에 해당하므로, 대체로 연성인 물질이 취성인 물질보다 면적이 넓으므로, 물질이 연성일 경우 물질을 파단시키기 위한 충격흡수에너지가 더 필요하다는 사실도 응력-변형률 선도를 통해서 알 수 있다.◆ 참고 문헌1. William D. Callister, jr. & David G. Rethwisch. (2020). Callister’s Materials Science and Engineering. 10th ed. Wiley.2. 고체∙재료 실험. 중앙대학교 기계공학부.3. 김승한 교수님 고체∙재료 실험 수업 ppt ‘충격 시험’4.https://www.nuclear-power.com/nuclear-engineering/materials-science/material-properties/toughness/

공학/기술| 2023.10.20| 3페이지| 3,000원| 조회(172)

충격, 중앙대학교, 샤르피, 고체재료실험

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중앙대학교 고체재료실험 스트레인게이지 실험 결과 보고서

분반조/역할학번이름[스트레인게이지 실험 결과 보고서]고체/재료실험스트레인게이지의 원리를 서술하시오.스트레인 게이지는 가해지는 힘에 따라 저항이 변하는 센서이다. 이 게이지는 힘, 압력, 인장, 무게 등을 전기 저항의 변화로 전환하고, 그 이후에 저항을 측정한다.아래 그림은 일반적인 포일형 스트레인 게이지의 구조를 나타내고 있다.측정 그리드는 실제 변형량을 감지하는 부분으로, 변형량을 측정하고자 하는 금속 표면에 접착제를 붙여 부착한다. 이때 주의해야 할 점은 금속의 표면 세정상태를 확인해야 하며, 그렇지 않을 경우 정확한 변형량을 측정할 수 없게 된다.게이지 인수(gauge factor)는 스트레인 게이지의 민감도를 의미하며,으로 정의한다. 게이지율은 두 개의 요소에 의해 영향을 받는 것을 알 수 있는데, 오른쪽 항의 괄호에 있는 첫 번째 요소인 포아송 효과와 두 번째 항인 스트레인에 의한 비저항의 변화량 요소로 이것은 재료 물성의 변화에 의한 영향이다. 즉, 재료마다 게이지 인수는 달라지며, 재료마다 적절한 게이지 인수 값을 사용해야 한다는 점을 알 수 있다.스트레인게이지를 이용하여 좌측 그림과 같은 회로를 구성하여 변형량을 측정하게 되는데, 이와 같은 회로를 휘스톤 브릿지라고 한다.입력 전압, 출력 전압을 각각 이라고 하고, 옴의 법칙을 이용하면,임을 알 수 있고, 값에 상관없이 이 되기 위한 조건으로, 를 얻는다. 즉, 기존 저항 값들(2개)과 전류가 흐르지 않을 때의 가변저항 값을 알면 미지의 저항값을 구할 수 있다.스트레인게이지의 전기 저항체도 일반적인 저항체처럼 가늘고, 길어지면 저항의 값이 커진다. 따라서 스트레인게이지에 인장력이 작용할 때에는 저항이 증가하고, 압축력이 작용하면 저항이 감소한다.위 그림은 대표적인 스트레인게이지 구성을 위한 회로의 모습을 나타내고 있다. 측정 방식, 특성에 따라서 원하는 회로를 선택할 수 있다.각 측정 방식(인장, 비틀림, 굽힘)에 사용된 회로 연결에 대해 설명하시오.인장시편에 횡하중인 인장력을 가하여 발생한 변형 압축(-)이다.Quarter-bridge: R1에 Red와 Blue를 한 번씩 연결한다.Half-bridge: R1에 Red, R3에 Blue를 연결한다.Full-bridge: R1-Red, R2-Yellow, R3-Blue, R4-Green을 연결한다.나머지 저항에는 350Ω 더미저항을 연결한다.실험방법 및 결과분석인장 실험인장 실험의 경우 quarter-bridge만 사용하는데, 우선 R1에 빨강 strain gauge를 연결한 뒤, R2, R3, R4에는 350Ω의 더미를 연결한다.Digital strain display에서 장착된 strain gauge수를 1로 입력하고 gauge factor도 2.16으로 설정 후 영점을 맞춘다.인장 실험 장치에 하중을 가하고 과 v를 측정한다.1키로씩 늘리며 1~5까지의 실험을 반복한다.R1에 파란색 strain gauge를 연결한 경우, 나머지 실험 방식은 위와 동일하지만 하중은 5kg으로 한 번만 진행한다.스트레인게이지 인장 실험에서 사용된 시편은 탄성계수 105 GPa, 푸아송 비 0.35, 단면적 2mm*10mm의 놋쇠 시편을 사용한다.고체 이론 기반으로 한 변형량 계산은 으로 계산되며, 회로 이론 기반으로 한 변형량 계산은, 를 기반으로 하며, k(=gauge factor)*=로 변형량을 계산할 수 있다.하중(kg)디스플레이 변형 (με)출력전압 (μV)계산된 변형 (고체 이론 με)계산된 변형 (회로 이론 με)오차 (고체 이론)오차 (회로 이론)0000000120544.6716.2576.60%68.75%2381059.34312.1575.41%68.02%35615214.0117.5974.97%68.58%46918818.6921.7672.92%68.46%58723523.3627.1973.15%68.74%고체 이론으로 계산한 값들의 평균 오차는 74.61%이며, 회로이론으로 계산한 값들의 평균 오차는 68.51%로 둘 다 오차가 큰 편이다. 위의 표는 빨간색 strain gauge를 측정했을 때이며, 파란색R1을 대입해 ε를 계산한다.-고체 이론으로 계산된 변형실험에서 전단계수 G = 79.6GPa, 지름 d = 10mm, 토크 T = 0.2646Nm로 주어졌다. 주어진 d를 사용해 Moment of inertia 로부터 를 구한 뒤 를 통해 전단변형률을 구할 수 있다. 위의 식을 통해 모어 원에서 순수 전단 상태의 45˚방향 ε은 γ/2와 같음을 알 수 있음으로, ε를 계산할 수 있다.게이지극변형형태변형 (출력,με)출력 전압 (μV)변형 (회로, με)변형 (고체이론, με)오차 (고체이론,%)오차 (회로이론,%)파랑-압축-8-22-10.6797-8.46485.491025.0917빨강+인장82110.19418.46485.491021.5230게이지 차이에 따른 출력 전압의 차이는 실험기의 정밀성으로 인해 생긴 것으로 보인다. 실제로 실험 진행 과정에서 같은 조건임에도 시간이 지남에 따라 값에 미세한 차이가 생겼다. 또한 display에는 정수 값만 출력되는데, 이로 인해 소수점 단위의 미세한 차이도 정수 단위로 반올림 되어 나타난다.굽힘 실험굽힘 실험 장치에 Digital strain display를 연결한 후 gauge factor를 2.16로 맞춘다.Digital strain display의 R1에 빨강 스트레인 게이지를 연결하고 그 외에는 더미 플러그를 연결한 뒤, 장착된 strain gauge수를 1로 맞추고 영점을 조정한다. (Quarter-Bridge)굽힘 실험장치에 180g의 하중을 400mm 지점에 주어 측정한다. 장치에 출력되는 변형률과 출력전압을 기록한다.파랑 스트레인 게이지를 R1에 연결하고 영점을 맞춘 뒤, 위와 동일하게 ③과정을 수행한다. (Quarter-Bridge)Digital strain display의 R1에 빨강 스트레인 게이지를, R3에 파랑 스트레인 게이지를 연결한다. 장착된 strain gauge수를 2로 맞추고 영점을 조정한다. (Half-Bridge)굽힘 실험장치에 하중이 없을 때의 상태를 확인하고, 400mm 지점에 바뀌므로 값을 갖는다. 그 외의 R2~4는 350값을 갖는다. 은 출력전압이다.를 이용하여 식을 정리하면,ε 이다.브릿지 연결: Quarter, 빔 규격: 20mm*5mm, 게이지 인수: 2.16,탄성계수: 207GPa, 하중 위치: 400mm연결한 게이지하중(g)디스플레이된 변형(με)출력전압(μV)계산된 변형 (고체이론, με)계산된 변형 (회로, με)오차 (고체이론, %)오차 (회로, %)빨강1804411940.94655.0896.94125.203파랑1804211640.94653.7012.50927.859위의 결과는 빔의 좌우에 걸리는 하중의 차이가 영향을 줬을 것이다. 또한, 영점 조절이후에 하중을 주는 과정에서 걸리는 시간 차이로 인해 오차가 전기장치 자체의 원인으로 오차가 발생하여 두 스트레인 게이지의 차이가 발생했다고 추정된다.3번째 측정에서는 R1에 빨강, R3에 파랑 스트레인 게이지를 연결한 Half-Bridge 유형으로 실험했다. R1,3은 스트레인 게이지가 연결되어 저항값이 바뀌므로 값을 갖는다. 그 외의 R2,4는 350값을 갖는다.를 이용하여 식을 정리하면, ε이다.브릿지 연결: Half, 빔 규격: 20mm*5mm, 게이지 인수: 2.16,탄성계수: 207GPa, 하중 위치: 400mm하중(g)디스플레이된 변형 (με)출력전압(μV)계산된 변형 (고체이론, με)계산된 변형 (회로, με)오차 (고체이론, %)오차 (회로, %)0*************3.64917.8242.50927.317801910418.19824.0754.22026.*************.74830.3255.21726.*************.29737.0395.87127.7191403418731.84743.2896.33227.3211604021736.39750.2349.00925.5861804524440.94656.4859.00925.5224번째 측정에서는 R1, R2, R3, R4에 각각 빨강, 노랑, 파랑, 초록의 게이지를 연결한 Full-Bridge 해 계산한 ε이 값이 서로 다르게 도출되었고, 두 값 모두 실제 실험장비로 측정한 값과 차이를 보인다. 우리가 사용한 실험장비 역시 Wheatstone bridge 회로이론을 토대로 strain을 측정하는 것인데 이것과 회로이론을 통해 계산한 값이 다른 것은 실험을 하면서 발생한 Random Error의 영향이 제일 클 것이다. 이러한 Random Error의 원인에 대해 생각해보자.실험기구가 올라간 테이블의 진동실제 실험에서도 테이블이 흔들리게 되면 측정값이 요동치는 것을 확인할 수 있었다.실험 시 가해준 하중의 무게값이 정확하지 않을 경우특히 비틀림 실험에서는 실험도구가 실제 추가 아닌 통에 담아 사용해 오차가 있었을 것이다.Dummy 저항이 파손되어 저항값이 350Ω와 차이가 있을 경우실제 실험에 사용된 시편의 물성치가 주어진 값과 차이가 있을 경우시편의 표면에 불순물이 묻어 있었을 경우주변 전자기기들로 인한 noise가 발생했을 경우실험실 내부에는 여러가지 실험기기들과 전자장비들이 있고 주변에는 조원들의 스마트폰 역시 놓여있었다.온도로 인한 strain gauge의 변형위와 같은 오차요인들을 생각해 볼 수 있는데 이 strain gauge 실험이 아주 작은 변형율의 측정을 요하는 실험이기 때문에 사소한 오차도 큰 영향을 미칠 수 있다고 할 수 있다.특히 인장실험에서 가장 큰 오차를 가지는데, 인장시험의 Strain gauge가 문제가 있었을 가능성이 있다. 또한 인장실험이 실험실에서 조원들과 제일 먼저 실험한 결과인데 이 당시에는 진동이 실험에 영향을 줄 수 있다는 사실을 상기하지 못하고 실험을 진행했는데 그 과정에서 발생한 오차가 다른 실험에 비해 더 컸을 것이라고 추측할 수 있다.5. Reference Hyperlink "https://kr.omega.com/prodinfo/straingages.html" https://kr.omega.com/prodinfo/straingages.html - OMEGA engineering - 스트레인 게이지 Hyption

공학/기술| 2023.10.20| 10페이지| 4,000원| 조회(344)

스트레인게이지, 중앙대학교, 고체재료실험, 김승한 교수님

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중앙대학교 고체재료실험 경도 실험 결과 보고서

분반조학번이름[경도 실험 결과 보고서]경도 실험 과정 (① Rockwell & ② Micro hardness Vickers)Furnace로 까지 가열한 두 시편 SM45C(0.45wt%C)을 불림 열처리(Normalizing)와 담금질 열처리(Quenching)를 한다.열처리를 한 시편의 측정 표면을 연마지 grit이 낮은 것으로부터 높은 것으로 연마를 실시하여 표면이 매우 매끄러운 상태가 되도록 한다. 이때, 굵은 입자로 인한 연마 스크래치가 남지 않도록 한다.측정 표면의 반대편 표면도 낮은 grit의 연마지를 사용하여 연마를 실시한다. 연마 이후 알코올 등을 이용해 표면에 남아있는 이물질을 깨끗이 제거한다.두 측정기를 이용하여 실험을 한다. 이때, 하나의 시편에 대하여 측정 위치를 바꾸어 가며 측정한다. 만약, 압흔의 형상이 정상적이지 않으면 추가 측정을 실시하여 정상적인 압흔의 형상을 얻도록 한다.① Rockwell Hardness test시편을 측정할 때, C scale을 사용하고, Indenter는 다이아몬드 원뿔형이며, 미세 하중이 10kg, 주 하중이 150kg다.시편을 잘 올리고 레버를 끝까지 돌린다. 그리고 레버에서 손을 떼고, 화면에 나오는 결과값을 본다.② Micro hardness Vickers Hardness test초록 레이저가 나오는 곳에 시편을 올린 뒤, 압입자를 이용하여 압흔을 찍는다.두 선의 사이 간격을 이용하여 압흔의 대각선의 길이를 측정한 후, 90 돌려서 다른 대각선의 길이도 측정한다. 길이 측정이 끝나면 화면에서 비커스 경도값을 알 수 있다.경도 실험 결과 (결과값 정리 및 수식 계산과 비교)① Rockwell 경도 시험 결과 (HRC)1회2회3회열처리 시편127.927.827.2열처리 시편256.856.257.6[표1 - Rockwell 경도 시험 결과]② Micro hardness Vickers 경도 시험 결과 (HV)시편 1의 시편 2의열처리 시편1열처리 시편2횟수1회2회3회1회2회3회측정값18231676.81739.12745.53289.33446.6이론값**************745.52745.52745.5오차(%)0-8.020-4.602019.8125.54[표2 - Micro hardness Vickers 경도 시험 결과 및 오차]* HV 계산 공식은 을 활용했다. 여기서 는 하중, 은 압흔의 대각선 길이다. 정확한 HV값을 구하기 위해서는 로 나누는 것이 아닌 로 나눠야 하지만, 두 시편 모두의 값이 같아서, 똑같은 계산 결과가 나오므로 으로 나누었다.경도 실험 고찰 및 결론두 열처리 시편이 다른 경도를 갖는 이유를 공학적으로 설명하시오.두 열처리 시편이 다른 경도를 가지는 이유는 시편의 열처리 방법에 따라서 미세 조직이 달라지기 때문이다. 그리고 그것은 Cooling rate에 의존한다.그림1을 보면 철-탄소 합금이 냉각하는 시간에 따라 미세 조직의 결정 구조가 달라진다.Normalizing 열처리 방법을 사용하면, 850에서 상온까지 식는데 수 분 정도가 걸리므로, 펄라이트 구조를 가지게 되며, Quenching 열처리 방법을 사용하면, 상온까지 식는데 수 초 정도가 걸리므로, 마르텐사이트 구조를 가질 것이다.그림2를 보면 마르텐사이트 구조와 펄라이트 구조의 경도 차이를 알 수 있는데, 0.45wt% C구성에서 마르텐사이트 구조의 경도가 펄라이트 구조의 경도보다 큰 값을 가짐을 알 수 있다.경도 결과를 이용하여 각 열처리 시편의 Mechanical Property를 추측하고 논하시오.표1, 표2를 참조하여 보면, 로크웰 경도 측정값의 평균은 시편1이 27.63이고, 시편2는 56.87이므로 시편1이 시편2에 비해서 경도값이 작고, 미세 비커스 경도 측정값의 평균은 시편 1이 1746.3이고, 시편2는 3160.5이므로 로크웰 경도와 마찬가지로 시편1이 시편2에 비해서 경도 값이 작다.냉각 시간에 따라 경도가 크게 달라지며, 빠른 냉각시간을 가지면 느린 냉각시간을 가진 시편에 비해 경도값이 크기 때문에, 경도값이 높은 시편이 Quenching 열처리한 시편이고, 상대적으로 낮은 시편이 Normalizing 열처리한 시편임을 알 수 있다. 경도 값이 높은 경우 금속의 소성(영구)변형에 대한 저항을 잘 하므로, 시편2는 시편1에 비해 상대적으로 소성 변형에 대한 저항이 높다고 볼 수 있다.실험 결과의 신뢰성 또는 오차 발생 원인에 대해 논하시오.열처리 과정에서 산화된 시편의 표면이 완벽히 사포질이 안돼서 완벽히 매끄럽지 않은 표면을 가지는 경우압입을 같은 부분에 중복해서 측정값이 이상하게 나오는 경우미세 비커스 경도 시험에서 line을 제대로 맞추지 않아 값이 실제 압흔의 대각선 길이와 다르게 나오는 경우열처리 과정에서 이론과 다르게 모든 부분이 완벽하게 같은 크기의 결정을 가지지 못해서 달라서 생기는 경우측정 오류 및 매뉴얼 숙지 미비로 인해 잘못 측정한 경우 등이 있다.◆ 참고 문헌1. William D. Callister, jr. & David G. Rethwisch. (2020). Callister’s Materials Science and Engineering. 10th ed. Wiley.2. 고체∙재료 실험. 중앙대학교 기계공학부.3. 김승한 교수님 고체∙재료 실험 수업 ppt ‘경도 시험’, ‘열처리 시험’4.https://m.blog.naver.com/PostView.naver?isHttpsRedirect=true&blogId=hughsfactory&logNo=221362327232

공학/기술| 2023.10.20| 3페이지| 3,000원| 조회(171)

경도, 중앙대학교, 고체재료실험

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