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부산대 기계공학응용실험 기초 진동 실험 보고서 A+

8. 기초진동 실험분반 :조 :학번 :이름 :실험일자 :제출일자 :1. 실험목적진동 실험은 이론적 해석이 어려운 동역학 시스템을 해석하거나 이론적 해석법과 병행하여 상호 보완적으로 사용된다. 본 실험에서는 1 자유도 강체보 진동계의 자유진동, 강제진동실험과 질량체가 달린 외팔보로 구성된 단순 진동구조물의 충격 가진 실험을 통하여 이론적으로 습득한 역학구조물의 진동 특성에 관한 관념적 이해를 실제적으로 체험함으로써 진동계의 동적 거동 특성에 대한 이해를 명확하게 한다. 또한, 진동계의 시간역 진동 특성과 주파수역 진동 특성을 실험적으로 해석하는 과정을 통해 진동계의 가진, 가진력 및 응답신호의 취득, 신호 처리 방법 및 진동계 해석에 필요한 기초 실험장치의 사용법과 개념들을 체험적으로 익히게 된다.0. 1자유도 강체보 진동 실험. 실험내용 및 이론적 배경0) 실험내용본 실험에서는 그림 1에서 보여주는 강체보오 ㅏ스프링, 점성 감쇠기로 구성된 1자유도 진동구조물의 자유진동과 강제진동 특성을 실험적으로 측정하고 분석한다. 자유진동 실험에서는 강체보에 초기 처짐변위를 부과하여 자유진동 응답을 발생시켜서 진동 주기와 진동ㅍ형을 측정한다. 강제진동 실험에서는 보에 설치된 가진 모터를 작동하여 불평형 관성력에 의한 조화 가진력을 발생시켜 진동계를 가진시키고, 그에 따른 조화 가진 응답을 측정, 분석한다. 자유진동 실험에서는 고유진동수와 감쇠비를 구하고 이 직접 측정 데이터로부터 미지의 진동계 파라미터, 즉 질량관성모멘트, 스프링상수, 감쇠값을 구한다. 그리고 강제진동 실험에서는 동확대율 및 위상각을 측정하고 이로부터 고유진동수와 감쇠비를 구한다.그림 1 강체보 1 자유도 진동계1) 이론적 배경운동방정식 정식화에서 강체보의 회전지지부에서의 회전마찰은 무시하고, 보를 지지하고 있는 코일스프링과 대시 포트(dash pot) 감쇠기는 선형성을 가지는 것으로 가정한다. 회전 지지점을 A로 하면, A점에 대한 회전운동방정식은I _{A} ddot{theta } +C _{t} dot{tK_{ t}, 감쇠값C_{ t}의 상대적 크기에 따라 과감쇠, 임계감쇠, 또는 부족감쇠의 서로 다른 진동 형태를 보인다. 초기 각변위theta (0)= theta _{0}와 초기 각속도 를 주었을 경우, 과감쇠, 부족감쇠, 그리고 임계감쇠 자유진동은 다음 식들로 나타난다 .dot{theta } (0)= dot{theta } _{0}-부족감쇠 자유진동 :theta (t)=e ^{- zeta w _{n} t} ( {dot{theta } _{0} + zeta omega _{n} theta _{0}} over {w _{d}} sinw _{d} t+ theta _{0} cosw _{d} t)``````````(8.3)-임계감쇠 자유진동 :theta (t)=[ theta _{0} +( {dot{theta _{0}}} + omega _{n} theta _{o} )t]e ^{- omega _{n} t} ``````````(8.4)-과감쇠 자유진동 :theta (t)=e ^{- zeta omega _{n} t} [ {theta _{o} omega _{n} ( zeta + sqrt {zeta ^{2} -1} )+ {dot{theta _{0}}}} over {2 omega _{n} sqrt {zeta ^{2} -1}} e ^{omega _{n} sqrt {zeta ^{2} -1} t}- {theta _{0} omega _{n} ( zeta - sqrt {zeta ^{2} -1} )- {dot{theta _{0}}}} over {2 omega _{n} sqrt {zeta ^{2} -1}} e ^{- omega _{n} sqrt {zeta ^{2} -1} t} ]``````````(8.5)여기서,omega _{n} = sqrt {{K _{t}} over {I _{A}}} 는`고유진동수,` zeta = {C _{t}} over {2 sqrt {I _{A} K _{t}}} 는`감쇠비이다.그림 2는theta (0)= theta _{0},dot{theta } (0)=0의 경우의 세 가지 자 를 다음 식에 대입하여 고유진동수w_{ n}을 구한다.omega _{n} = {f _{d}} over {2 pi sqrt {1- zeta ^{2}}} [rad/s]````````(8.8)그림 2 자유진동 응답 곡선가) 강제진동조화 가진모멘트T_{ e}sinwt에 의한 강제진동응답은 다음과 같다.theta (t)= {2me omega ^{2} L _{m}} over {sqrt {(K _{t} -I _{A} omega ^{2} ) ^{2} +(C _{t} omega ) ^{2}}} sin( omega t- phi )#``````````````= {2meL _{m} omega ^{2} /K _{t}} over {sqrt {(1-( omega / omega _{n} ) ^{2} ) ^{2} +(2 zeta omega / omega _{n} ) ^{2}}} sin( omega t- phi )#``````````````= {2meL _{m} omega ^{2} /K _{t}} over {sqrt {(1-r ^{2} ) ^{2} +(2 zeta r) ^{2}}} sin( omega t- phi )#``````````````= THETA sin(wt- phi )`````````````````````````````````````````````````(8.9)여기서 r은 진동수비{omega } over {omega _{n}}를 나타내고,phi는 가진모멘트와 응답각변위 사이의 위상각으로phi =tan ^{-1} ( {C _{t} omega } over {K _{t} -I _{A} omega ^{2}} )=tan ^{-1} ( {2 zeta omega / omega _{n}} over {1-( omega / omega _{n} ) ^{2}} =tan ^{-1} ( {2 zeta r} over {1-r ^{2}} )``````````(8.10)이다. 동적응답진폭THETA 를 정적 각변위THETA _{s} =2mew ^{2} L _{m} /K _{t}으로 나누면R= {THETA } 보 - 대시 포트(dash pot) 감쇠기 - 코일스프링 진동계회전 강체보는 길이 L, 질량 M을 갖는 강철재 4각보이다. 실제로 진동 중에 강체보는 매우 작지만 탄성 변형을 한다. 하지만 저속 진동에서는 그 크기가 강체운동(rigidbody motion)에 비해 아주 작기 때문에 무시할 수 있다. 감쇠기는 점성유체를 채운 대시 포트로 보의 임의 위치에 조립 설치하여 감쇠 효과를 조정할 수 있도록 되어있다.나. 가진 모터 및 속도제어기가진 모터에는 두 장의 불평형 원판이 설치되어 있다. 이 불평형 원판에 의해서 강체보에 가진력이 전달된다. 가진 모터는 속도제어기로 구동하는데, 모터에 걸리는 부하변동에 영향을 받지 않고 3000 rev/min 까지 정밀 속도제어가 가능하다. 속도제어기 전면 패널에는 속도제어 노브(knob), 속도계(speed meter)가 달려 있고, 그 외에 전원 입력(main input), DC 모터 출력, 그리고 스트로보스코프, 드럼 차트 기록기 등의 보조 외부 장치 전원 출력을 위한 소켓이 달려 있다.그림 4 위상각 측정판다. 위상각 측정판위상각 측정판은 강제진동 실험에서 불평형 가진력 방향과 강제진동응답 사이의 위상을 측정하는 데 사용한다. 위상각 측정판은 가진 모터의 불평형 질량판 위에 부착한 기록종이판이다. 가진 모터 바로 위의 프레임에 설치된 기록펜을 종이판 위에 내려 놓으면, 불평형 원판이 회전함에 따라 원을 그린다. 그림 4에서 기준원의 중심-구멍점 연결선과 두 원의 중심점 연결선 사이의 각도가 위상각이 된다.라. 드럼 차트 기록기차트 기록기는 속도제어기에 연결된 회전드럼과 그 위에 감겨지는 기록지, 그리고 강체봉 끝단에 부착된 기록펜으로 구성되어 강체봉 끝단의 진동 변위를 기록한다. 기록된 진동신호의 진동수를 계산하기 위해서는 기록지의 속도를 알아야 한다.3. 실험결과자유진동2) 비감쇠자유진동) 데이터 값 및 이론 값k=2613.3N/mM`=`1.917kgM _{m} =5.826kgL`=`725mmL _{d} `=`150mm30.52154.06%3) 감쇠자유진동) 데이터 값 및 이론 값k=2613.3N/mM`=`1.917kgM _{m} =5.826kgL`=`725mmL _{d} `=`150mm``L _{m} =370mm``L _{s} =615mmI _{A} = {1} over {3} ML ^{2} +M _{m} L _{m} ^{2} = {1} over {3} 1.917 TIMES `725 ^{2} `+`5.826` TIMES `370 ^{2} `=1.133TIMES10 ^{6} kgmm ^{2}I _{A} =1.133Kgm ^{2}가) 측정 값I _{A`} = {k _{t}} over {w _{n} ^{2}} = {988.4} over {43.54 ^{2}} =0.521kgm ^{2}w _{d} =2` pi `f _{n`} =2` TIMES ` pi ` TIMES `6.93/s`=`43.54rad/sdelta `=`ln {x _{i}} over {x _{i+1}} =ln {18.9mm} over {17.6mm} =0.0713zeta `=` {delta } over {sqrt {(2` pi ) ^{2} +( delta ) ^{2}}} = {0.0713} over {sqrt {(2` pi ) ^{2} +(0.0713) ^{2}}} =0.0113w _{n} = {w _{d}} over {sqrt {1- zeta ^{2}}} = {43.54} over {sqrt {1-0.0113 ^{2}}} =43.54rad/sC`=` {C _{t}} over {L _{d} ^{2}} = {2 sqrt {I _{A} K _{t}} zeta } over {L _{d} ^{2}} = {2 sqrt {0.521` TIMES `988.4} ` TIMES `0.0113} over {0.15 ^{2}} =22.79kg/s나) 비교이론값실험값오차율I _{A}(kg m^2)1.1330.52154.06%3) 강제진동주파수비r= {w} over {w _{n}} 확대율R`=` {1} over {sqrt{(1-r ^{2} 다.

공학/기술| 2020.06.08| 11페이지| 2,000원| 조회(475)

기계공학부, 부산대학교, 기계공학응용실험

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부산대 기계공학응용실험 인장실험 보고서 A+

기계공학 응용실험REPORT4. 인장 실험분반/조 :학번 :이름 :실험일자 : 제출일자 :1. 서론1) 실험목적대부분의 구조물은 일반적으로 다양한 정적 및 동적 하중과 변형이 가해지게 되는데, 구조물을 구성하는 재료는 이와 같은 하중과 변형을 감당할 수 있도록 재료의 강도가 설계되어야 한다. 본 실험은 재료의 강도 설계를 위한 기초 정보를 제공하는 정적 인장실험을 통하여 다음과 같은 실험목적을 달성하고자 한다.① 인장실험을 위하여 사용되는 재료실험기의 사용방법을 습득하고, 재료의 강도해석에 사용되는 기본적인 역학적 파라미터의 측정 방법과 원리를 이해한다.② 재료에 가해지는 하중과 측정된 변위 사이의 관계를 나타내는 재료의 기계적 거동을 이해하고, 이로부터 재료의 기계적 특성을 결정하는 탄성계수, 항복강도, 인장강도, 연신율, 단면수축률 등과 같은 재료 물성치를 구하는 방법을 습득한다.③ 재료의 기계적 특성으로부터 사용목적 및 조건에 부합하는 안전한 하중의 한계와 재료의 변형 능력을 검토하는 능력을 배양한다.관상 또는 봉상 인장용 실험 시편을 규격에 맞게 가공한 후 인장실험을 위한 재료시험기를 이용하여 시편에 파단이 일어날 때까지 하중을 서서히 증가하는 인장실험을 수행한다. 이 인장실험으로부터 얻을 수 있는 하중-변위 선도로부터 하중을 실험 시편의 원단면적으로 나누고, 표점거리의 변화량을 표점거리로 나누어서 응력-변형률 선도를 구한다. 이 응력-변형률 선도를 이용하여 재료의 기계적 특성을 결정하는 탄성계수, 항복강도, 인장강도, 연신율, 단면수축률 등과 같은 재료물성치를 계산하고, 본 인장실험에 사용된 시편에 적용될 수 있는 정적 파손 이론들을 고찰하며, 허용응력 범위에 대하여 분석한다. 또한, 기존 문헌에 보고된 재료물성치와 실험에서 구한 재료물성치 사이에 오차가 존재한다면 오차가 발생한 이유에 대하여 분석한다.2) 이론적 배경< 응력 - 변형률 선도 >① 비례한계응력에 대하여 변형률이 일차적인 비례관계를 보이는 최대응력을 비례한계라고 한다. Hook의 법칙이 성립되는 구간으로, 일반적으로는 탄성 한도와 같다고 본다.② 탄성한계 (Elastic limit)비례한도 전후에서 부과했던 하중을 제거했을 때 변형이 없어지고 완전히 원상 회복되는 탄성변형의 최대응력. 정확한 탄성 한계를 결정하기 곤란하므로, 실제 어떤 정도의 영구변형이 생기는 응력을 탄성 한계로 규정하고 있다. 영구 변형의 변형률 값으로 0.01∼0.03% 사이의 값을 채택하는 경우가 많다.③ 종탄성계수 (Modulus of elasticity, Youung's modulus)응력과 변형률의 비는 비례한계 내에서는 일정하다. 이 일정한 관계를 Hooke의 법칙이라고 하고 σ=Eε으로 표시된다. 여기서 E값을 종탄성계수라 하며 응력-변형률 선도에서 비례한계 이내의 직선부분의 기울기를 의미한다.④ 항복점 (Yield point)응력이 탄성한계를 지나면 곡선으로 되면서 응력이 증가하다가 하중을 증가시키지 않아도 변형이 갑자기 커지는 지점이 발생하는데 이를 상 항복점이라고 한다. 이때 금속 내부에 슬립으로 인하여 소성유동이 생겨 큰 내부 전위를 일으키면서 하항복점이 발생하는데, 하항복점을 지나면 영구변형은 더욱 중가한다. 일반적으로 항복점은 하항복점을 의미하고, 이때의 응력을 항복 응력이라고 한다. 탄성 설계 시에 설계응력으로 사용한다.⑤ 0.2% 오프셋 항복강도 (0.2% offset yield strength)항복점이 확실치 않은 재료에서 0.2%의 영구 변형률을 가지는 점을 항복점 대신으로 생각하는데 이것을 0.2% 오프셋 항복 강도 또는 내력이라고 한다. 일반적으로 연강이외의 금속 재료들은 뚜렷한 항복점이 나타나지 않는다.? 인장강도 (tensile strength), 극한강도 (ultimate strength)항복점을 지나면 재료는 경화 현상이 일어나면서 다시 하중을 증가시켜야 변형이 증가하고 어느 일정한 하중이 지나면 시편에 국부적 수축현상이 나타나며 하중은 감소하며 변형은 증가한다. 시편에 가하여진 최대 하중을 원 단면적으로 나눈 값을 인장강도 또는 극한강도라 한다.⑦ 연신율 (elongation)시편이 파단될 때까지 생기는 전체 늘어난 양을 원래의 표점거리로 나눈 값이다.lambda = {l-l _{0}} over {l _{0}} TIMES 100(%) 로 계산할 수 있다. 재료의 연성을 나타내는 기준으로 사용된다.⑧ 단면 수축률 (reduction in area)단면적과 파단시의 단면적과의 비를 의미한다. 원형단면의 경우파단후의 단면이 원형이 아니므로 긴 지름과 짧은 지름을 측정하여 단면적을 구한다.phi = {A _{0} -A} over {A _{0}} TIMES 100`(%)과 같이 구할 수 있다.2. 본론1) 실험장치의 구성 및 방법(1) 실험장치의 구성? UTM(Universal Testing Machine, 만능 재료 시험기)일반적으로 재료시험기는 시편에 하중 또는 외력을 가하거나 또는 변형이 생기도록 설계되어 있으며 반드시 하중 발생기구와 하중 측정 장치를 가지고 있다. 하중 발생 기구에는 수동방식 또는 동력으로서 나사장치를 이용한 기계적 운전방식과, 펌프 또는 축 세기를 사용하여 유압을 이용한 유압 운전 방식의 시험기 등이 사용된다.< 실험기구 UTM(universal testing machine) 60000kgf >? 시편 KSB 0801(14A호 시험편) 재질-SM20C(KS) >(2) 실험방법- 시험편 준비 : KS규격에 따른 14A 시편을 사용하였다.표점거리(L)평행부 길이(P)어깨부 반지름(R)5.56 sqrt {A}5.5D SIM 7D15 이상1. 평행부가 원형일 때L=5D2. 평행부의 길이는 될수 있는 한P=7D① 먼저 버니어캘리퍼스를 이용해 시편의l_0와d_0를 측정한다.② 시편의 중심을 표시하고 그것을 기준으로 대칭되도록 표점거리를 표시한다.③ 재료시험기에 시편을 장착시킨 뒤 프로그램에 시편의 치수를 입력시키는 등 시험을 위한 설정값을 입력한다.④ 시편에 하중을 가하며 변화되어 가는 모습을 관찰한다.⑤ 시편에 파단이 일어나면 프로그램을 이용하여 데이터를 출력한다.⑥ 파단된 시편의 변화된l과d를 측정한다.⑦ 하중-변형률 데이터와 측정한 시편의 치수를 토대로 응력-변형률의 관계 및 물성치를 계산한다.2) 실험결과 및 고찰① 실험사진초기 장착네킹파단② 실험결과표d: 직경(mm)A`: 단면적(mm^2)l : 표점거리(mm)파단 전14.2158.36124.0파단 후8.354.11137.2③ 공칭응력, 공칭변형률 선도 ④ 진응력, 진변형률 선도sigma _{E} = {P} over {A _{0}},epsilon _{E} = {TRIANGLE l} over {l _{0}}sigma _{T} = sigma _{E} (1+ epsilon ),epsilon _{T} =ln(1+ epsilon )④ 비례한계비례한계 값은 직선구간의 끝의 응력 값이 되므로 420MPa으로 측정되었다.⑤ 종 탄성계수직선인 구간의 strain이 50%인 점과 70%인 점을잇는 직선의 기울기로 구하면E= {0.2658-0.1521} over {0.07-0.05} =5.685(GPa)? 항복점항복점은 0.2% 오프셋을 이용한 항복강도로 실험데이터에 따르면 439.1

공학/기술| 2020.06.08| 7페이지| 2,000원| 조회(511)

기계공학부, 부산대학교, 기계공학응용실험

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부산대 기계공학응용실험 스트레인게이지

6. 스트레인 게이지에 의한 변형률 및 하중 측정 실험???????????????????????????????????????????????????????????????????수 강 과 목 : 기계공학 응용실험학 번 :분 반 :조 :성 명 :실 험 일 자 :제 출 일 자 :1. 실험목적스트레인게이지를 이용하여 스트레인 측정의 원리 이해스트레인게이지에서 얻어진 PC 데이터 처리방법 습득Stress(sigma)-strain(epsilon) 관계를 이해하고 E를 구하는 방법2. 실험순서 및 방법(1) 시편제작(SM45C)① SM45C 시편에 5가지의 사포(100, 220, 400, 600, 1000)로 각각 5~10분 정도 표면을 문지른다.② 아세톤을 시편에 조금씩 뿌리고 종이로 닦아서 남아있을 수 있는 철가루를 닦아낸다.③ 표면 상태가 좋은 부분에 테이프를 가로로 붙인다.④ 스트레인 게이지를 순간접착제를 이용해 테이프와 맞닿게 붙인다.⑤ 게이지 터미널을 시편에 부착한다.⑥ 게이지 터미널과 스트레인 게이지의 다리 부분을 납땜한다.(2) 측정① 준비한 시편을 하중장치에 위치시킨다.② PC에서 프로그램을 실행시킨다.③ 0번과 1번 채널이 화면에 뜨도록 설정하고 정상적으로 작동하는 지 확인한다.④ Signal Station에서 Offset을 조정해서 각 채널의 영점을 맞춘다.⑤ 설정을 Sampling[mu`s] : 10000, AD_length : 1000으로 설정하고 Repeat는 체크를 해제한다.⑥ Save를 누르고 AD_Start를 눌러 10초간 데이터를 얻는다.⑦ 10초 동안 하중장치의 레버를 돌렸다 풀었다하면서 하중을 주고 빼는 것을 반복한다.⑧ 프로그램 상에 그래프가 그려지면 AD_Stop을 눌러서 측정을 종료하고 데이터를 얻는다.⑨ 하중장치의 핸들을 돌려서 시편과 로드셀이 닿지 않도록 해놓는다.3. 실험장치 및 구성그림 2) 실험 장치(2)그림 1) 실험 장치(1)실험에 사용한 장치와 재료는 수직용 이송장치(하중장치), 사포(100, 220, 400, 600, 1000), PC, 아세톤, 스트레인 게이지, 게이지 터미널, 순간접착제, 인장 압축용 로드셀, Signal Station 등등이 있다.4. 실험내용Hook’s law에 의해sigma=E epsilon- ①굽힘모멘트의 식은M=W(l-a)- ②굽힘응력의 식은sigma = {M} over {Z}- ③여기서Z은 단면계수이며 식으로 나타내면Z= {I _{z}} over {C}(④)이다.I _{z}는 단면 관성모멘트이며, C는 도심을 의미한다. 단면 관성모멘트는 식I _{z} = int _{A} ^{} {y ^{2} dA}로 구할 수 있다.따라서I _{z} = {bh ^{3}} over {12}이고, 실험에 사용된 시면의 단면은 직사각형이므로 도심 C= {h} over {2}이다.식 ④에 값들을 넣어서 정리하면Z= {bh ^{2}} over {6}이다.식 ③에 식 ①, ②, ④을 넣어서 정리하면E` epsilon `= {W(l-a)} over {{bh ^{2}} over {6}} = {6W(l-a)} over {bh ^{2}}이다. 이를 탄성계수에 대하여 정리하면 원하는 식E= {6W(l-a)} over {epsilon bh ^{2}}을 얻을 수 있다. (a, b, h, l 그림5 참고)5. 실험결과(1) 치수ablh길이[mm]124.1550.00259.555.90그림 5) 외팔보의 각 치수의 위치 및 단면의 형상(2)W-t,` epsilon -t,` epsilon -W그래프프로그램을 통해 얻은 데이터 중 0번 채널에서는 로드셀에서의 값을 얻었으므로 데이터 값에 10를 곱하여W를 구하였고, 1번 채널에서는 스트레인 게이지의 값을 얻었으므로 1/1000을 곱해서epsilon을 구했다. 엑셀을 사용하여 그래프를 그렸으며, ①, ②는 꺾은선 형으로 그렸고, ③은 분산형 그래프를 이용해 그렸다.①W-t 그래프②epsilon`-`t 그래프③epsilon -W 그래프④ 실제 그래프(3)epsilon -W그래프에서 기울기({epsilon } over {W})를 피팅(Linear Fit)해서 E값 계산엑셀의 추세선을 이용해서 식을 구하면y=0.0001x+10 ^{-5}라는 식을 구할 수 있다. 여기서 기울기가{epsilon} over {W}이므로{epsilon } over {W} =10 ^{-4} kgf ^{-1}이다. 식E= {6W(l-a)} over {epsilon bh ^{2}}에 각 값을 대입하여 탄성계수를 구할 수 있다.E= {6 TIMES (259.55mm-124.15mm)` TIMES `10 ^{4} kg ^{ -1} f} over {50.00mm` TIMES (5.90mm) ^{2} `} =4667.62kgf/mm ^{2} =45789.39N/mm ^{2} =45.79GPa이 실험에서 사용한 스트레인 게이지는 쿼터 브리지이므로 계산한 값에 4배를 곱해서 탄성계수를 구해야하므로 결과적으로E=183.16GPa이다.(4) SM45C 테이블 조사AISI 1045 Steel, cold drawn, 19-32mm(0.75-1.25 in) round의 물성치를 참조했다. AISI 1045와 SM45C, S45C는 구성비가 비슷해서 거의 같은 물성치를 가지기 때문에 무방하다.(출처http://www.matweb.com/index.aspx)기계적 성질물성치Modulus of Elasticity(E)206 GPaShear Modulus(G)80.0 GPaPoisson’s Ratio(nu)0.29Tensile Strength, Ultimate625 MPaTensile Strength, Yield530 MPaDensity7850kg/m ^{3}(5) 오차율 및 오차원인 분석검색으로 찾은 SM45C의 탄성계수 E는 206 GPa이고 실험을 통해 구한 탄성계수 E는 183.16 GPa이다. 오차율은�� {206-183.16} over {206} �� TIMES `100=11.09%이다. 오차율에서 크지 않은 오차를 보이며, 수치로 보면 22.84 GPa의 차이가 난다.오차의 원인으로는 ① 스트레인 게이지의 제조 공정상의 오차 ② 전기적인 노이즈 ③ 시편의 각 길이들(l, a, b, h)의 측정하는 데 있어서의 오차 ④ 시편 표면의 미세한 조도 등등을 고려할 수 있다.6. 결론 및 고찰스트레인 게이지를 표면을 잘 가공한 시편에 붙여서 변형률을 구하고, 로드셀을 이용하여 시편에 힘을 가하면서 하중을 측정하였다. 이 데이터를 직접 탄성계수에 관해 유도한 식E= {6W(l-a)} over {epsilon bh ^{2}}에 대입하여 실험시편의 탄성계수도 구할 수 있었다. 탄성계수는 인장실험을 통해서 초반의 탄성구간의 기울기를 측정해서만 구할 수 있는 줄 알았지만 이번에 새로운 방법을 알게 되었다.탄성계수에 대한 식에 값을 데이터를 대입해서 구한 종탄성계수 E는 실제 테이블에서 구한 값과 11.09%로 30%이내의 오차를 보여서 정확도가 높은 실험방법이라고 생각된다. 물론 1번의 실험만으로는 단언하기는 어렵지만 큰 차이를 보이지 않는 것 같다.

공학/기술| 2020.06.08| 7페이지| 2,000원| 조회(265)

기계공학부, 부산대학교, 기계공학응용실험

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부산대 기계공학응용실험 링압축에 의한 소성마찰 측정실험 보고서 A+ 평가A좋아요

11. 링압축에 의한 소성마찰 측정실험???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????수 강 과 목 : 기계공학 응용실험학 번 :분 반 :조 :성 명 :실 험 일 자 :제 출 일 자 :1. 이론 내용 및 실험 목적금속 성형공정에서 마찰조건은 금속 유동에 큰 영향을 미친다. 그리고 금속성형에서 마찰조건을 파악하기 위해 주로 링 압축실험을 수행한다. 본 실험에서는 링 압축실험을 통해 소재 사이의 마찰상수를 측정하고, 접촉면의 마찰 상태를 파악하도록 한다.*가공경화(Working hardening)는 재료의 가공과정에서 재료가 경화되는 것을 말하며 철강에서 자주 등장하는 용어입니다. 가공경화는 냉각상태 금속이 가공과정에서 경도나 강도가 증가하는 것으로, 거의 모든 금속재료는 상온에서 가공경화의 성질이 있고, 금속을 가열되지 않은 상태에서 두들기면, 금속 내부의 결정입자인 알갱이들이 부서지거나 늘어나고 스트레스를 받게 됩니다. 인용되는 예로 30cm 철사의 중간인 15cm를 정하고 15cm부위를 계속 구부렸다 폈다 하면 15cm부분의 소성변형을 거쳐 가공경화에 의해 점점 단단해지고 변형 저항 열이 발생해 뜨거워지다가 똑 부러지게 됩니다. 가공경화를 거치면 금속은 인장강도, 경도, 항복점, 피로강도는 증가하지만 연신율은 감소하게 됩니다. 철강에서는 열간압연된 강판을 산 세척 등을 거쳐 열간압연시 발생되는 스케일 등을 제거하고 냉간압연 제품을 만들고 냉간압연된 제품으로자동차 용 강판, 냉장고 외피용 강판, 노트북의 외장재, 도금강판용 원재료로 사용해서지붕용 코팅강판, 등의 원료로 사용하게 되는데 소성변형 과정에서 가공경화된 냉간압연강판은 제품의 치수 정밀도가 높고 표면이 미려하고 가공경화의 특징인 경도와 강도가 높은 제품으로 변모합니다. 냉간가공제품은 가공경화의 성질을 이용한 제품의 대표적인 예입니다.금속을 소성 가공하면 소성 기구에 대한 저항라 금속 재료도 일반적으로 고온이 될 수록 연해지고 소성이 좋아진다. 따라서 금속 재료의 가공은 주로 고온에서 이루어진다.그러나 고온에서는 산화/탈탄 등을 피할 수 없게 되어 마무리 가공이 좋지 못하게 되고 정확한 치수도 얻을 수 없게 된다. 특히 얇은 판이나 가는 철사 등은 고온으로 유지하기가 어렵기 때문에 실제로 고온 가공을 하지 않는다.따라서 산화/탈탄 등을 방지하고 표면을 미려하게 하면서 정확한 치수가 요구되는 경우에는 상온 가공을 하게 된다. 또한 기계적 성질을 향상시킬 목적으로 상온 가공을 하는 경우도 많이 있다. 특히 열처리에 의해 성질 개량이 안되는 많은 비철 금속은 상온 가공에 의해서 기계적 성질을 개량하여 사용하는 경우가 많다. 또 철강의 경우에도 피아노선과 같이 가공을 통한 재질의 강화를 꾀하는 경우도 있다.2. 실험 장치 및 방법1. 실험 장치그림 1. 유압 프레스그림 2. 이황화몰리브덴, 흑연제그림 3. 링 시편그림 4. Testing Machine2. 실험방법가. 상부금형과 하부금형을 걸레를 이용해서 닦아낸다.나. 준비한 링 시편을 하부금형의 중앙에 위치시킨다.다. Down 버튼을 눌러 상부금형을 아래로 내린다.라. 프로그램에서 외경 내경 높이를 각각 18mm, 9mm, 6mm로 설정하고 20t으로 하중을 조정하여 실험을 시작한다.마. 하중이 가해진 링 시편의 외경, 내경, 높이를 버니어 캘리퍼스를 이용하여 측정한다.바. 가. 과정을 반복하고, 준비한 링 시편에 윤활제(흑연제)를 바른다.사. 다. ~ 라. 과정을 반복하고, 하중이 가해진 링 시편을 걸레로 닦아낸다.아. 마. 과정을 반복하고, 윤활제를 이황화 몰리브덴으로 바꾸어 바. ~ 사. 과정을 반복한다.자. 가. 과정과 마. 과정을 반복한다.3. 실험 결과바깥지름(mm)안지름(mm)높이(mm)무윤활전1896후20.38.2254.5변화율(%)12.788.61110725Graphite전1896후20.98.754.3변화율(%)-16.112.77777828.33333이황화몰리브덴전1896= 0.7 이다.(2) Graphite파란색 동그라미 안에 있는 점이 m = 0.3 선에 걸치므로 m = 0.3 이다.29.16667%-3.33335%(3) 이황화 몰리브덴그림 5. 보정곡선(주요 지점)높이 감소율 29.16667% 이고 m=0.2 일때 -> 내경 감소율 : -2%높이 감소율 29.16667% 이고 m=0.15 일때 -> 내경 감소율 : -6%보간법을 사용하면 m=0.15+ {-3.33335-(-6)} over {-2-(-6)} TIMES (0.2-0.15)= 0.18333이다.THEREFORE m=0.183334. 고찰실험 결과를 참고하면 다음과 같이 결과가 나타났습니다.- 무윤활 상태 : m = 0.7- Graphite 윤활 상태 : m = 0.3- 이황화몰리브덴 윤활 상태 : m = 0.18333다음과 같은 값은 높이감소율과 내경감소율 이용해 보정곡선 그래프를 읽어 구하였는데, 정확하게 일치하는 마찰 상수값을 구할 수 없어 보간법을 사용하여 구하였습니다.이론적으로는 무윤활 상태에서 마찰 상수값이 가장 크고 이황화 몰디브덴의 마찰상수 값이 가장 작아야 하는데 이는 이론과 결과값이 일치하였습니다.하지만 무윤활 상태에서 이상적인 마찰상수 값은 0.7~1, Graphite는 0.3, 이황화 몰디브덴은 0.15~0.2 정도인데 무윤활 상태일 때 오차가 가장 크게 나타났고 Graphite일 때 오차가 가장 작았습니다. 오차가 나타난 원인을 생각해보면 다음과 같습니다.첫째로는 시편을 정중앙에 위치시키고 위, 아래 축을 일치시켜야 했는데 눈대중으로 중앙을 맞추었기 때문에 맞추기 힘들었고 축을 정확하게 맞추기도 힘들었습니다.둘째로는 시편에 윤활제를 골고루 도포해야 하고 압축하는 부위의 상, 하단에 묻은 윤활제를 닦아주어야 하는데 완전히 제거하기는 힘들었고 윤활제가 골고루 도포되었는지 육안으로 확인하기도 힘들었습니다.그리고 실험이 끝난 후 버니어 캘리퍼스를 이용해서 측정을 하였는데 시편이 찌그러져 정확한 원이 아니었기 때문에 여러 번 재서 평균을 내었습니다시킬 수 있도록 하는 것입니다. 그리고 윤활제를 닦을 때는 꼼꼼히 많은 시간을 들여서 닦고 치수를 잴 때는 최대한 많이 재어 평균값을 이용하는 방법이 있습니다.이와 같은 원인으로 오차가 많이 발생했지만 이번 실험을 통해 m값은 무윤활>Graphite>이황화 몰리브덴 순으로 나타남을 알 수 있었습니다. 그 결과로 마찰상수 m값과 마찰의 크기는 비례함을 알 수 있었습니다. 그리고 높이감소율과 내경감소율을 가지고 보정곡선을 통해 적절한 m값을 구할 수 있었습니다.5. 관련 조사1. 가공경화란?가공경화(Working hardening)는 재료의 가공과정에서 재료가 경화되는 것을 말하며 철강에서 자주 등장하는 용어입니다. 가공경화는 냉각상태 금속이 가공과정에서 경도나 강도가 증가하는 것으로, 거의 모든 금속재료는 상온에서 가공경화의 성질이 있고, 금속을 가열되지 않은 상태에서 두들기면, 금속 내부의 결정입자인 알갱이들이 부서지거나 늘어나고 스트레스를 받게 됩니다. 인용되는 예로 30cm 철사의 중간인 15cm를 정하고 15cm부위를 계속 구부렸다 폈다 하면 15cm부분의 소성변형을 거쳐 가공경화에 의해 점점 단단해지고 변형 저항 열이 발생해 뜨거워지다가 똑 부러지게 됩니다. 가공경화를 거치면 금속은 인장강도, 경도, 항복점, 피로강도는 증가하지만 연신율은 감소하게 됩니다. 철강에서는 열간압연된 강판을 산 세척 등을 거쳐 열간압연시 발생되는 스케일 등을 제거하고 냉간압연 제품을 만들고 냉간압연된 제품으로자동차 용 강판, 냉장고 외피용 강판, 노트북의 외장재, 도금강판용 원재료로 사용해서지붕용 코팅강판, 등의 원료로 사용하게 되는데 소성변형 과정에서 가공경화된 냉간압연강판은 제품의 치수 정밀도가 높고 표면이 미려하고 가공경화의 특징인 경도와 강도가 높은 제품으로 변모합니다. 냉간가공제품은 가공경화의 성질을 이용한 제품의 대표적인 예입니다.금속을 소성 가공하면 소성 기구에 대한 저항이 전체적으로 일어나면서 소성 변형이 생긴 금속 재료는 변형 저항이 증가하기 때문에 가공 경화은 주로 고온에서 이루어진다.그러나 고온에서는 산화/탈탄 등을 피할 수 없게 되어 마무리 가공이 좋지 못하게 되고 정확한 치수도 얻을 수 없게 된다. 특히 얇은 판이나 가는 철사 등은 고온으로 유지하기가 어렵기 때문에 실제로 고온 가공을 하지 않는다.따라서 산화/탈탄 등을 방지하고 표면을 미려하게 하면서 정확한 치수가 요구되는 경우에는 상온 가공을 하게 된다. 또한 기계적 성질을 향상시킬 목적으로 상온 가공을 하는 경우도 많이 있다. 특히 열처리에 의해 성질 개량이 안되는 많은 비철 금속은 상온 가공에 의해서 기계적 성질을 개량하여 사용하는 경우가 많다. 또 철강의 경우에도 피아노선과 같이 가공을 통한 재질의 강화를 꾀하는 경우도 있다.a) 상온 가공에 의한 기계적 성질의 변화 ; 금속의 상온 가공에 의한 기계적 성질의 변화에는 경도와 인장 강도의 향상이 두드러지게 나타난다. 그러나 연성은 상대적으로 감소하게 된다. 아래 그림 중 좌측은 0.12%C, 0.40% Mn의 조성인 연강을 상온 압연하였을 때의 기계적 성질의 변화를 나타낸 것이다. 가공도가 커짐에 따른 단면 수축율 증가로 가공 경화가 뚜렷해진다. 즉 인장 강도와 경도는 가공도가 커짐에 따라 처음에는 증가율이 커지나, 나중에는 차차 일정해진다. 그러나 연신율은 이와 반대로 처음에는 감소율이 커지고 나중에는 거의 일정해진다. 이에 비해 물리적, 화학적 성질에는 큰 변화가 없다.b) 상온 가공을 받은 철강의 인장 성질 ; 금속 재료는 상온에서 가공하면 강화되어 인장 성질이 변하게 된다. 위 그림 중 우측은 연강의 가공도 곡선을 나타낸 것으로써, 5~90% 상온 압연을 실시(가공도)한 연강의 인장 시험의 응력과 변형 곡선을 나타낸 것이다.그림에서 "%"는 압연도를 나타낸 것이다. 압연도가 커지면 인장 강도가 높아짐을 알 수 있다. 이에 반해 연신율은 작아진다. 그림에서 각 가공도의 상단 끝에는 횡축(오른쪽)으로 굽어 있는 길이가 연신율[%]을 나타내는 값이다. 따라서 가공도가 많은 것일수록 연신율이 떨어지고과란?

공학/기술| 2020.06.08| 10페이지| 2,000원| 조회(246)

기계공학부, 부산대학교, 기계공학응용실험

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부산대 기계공학응용실험 방사선 계측 실험 보고서 A+ 평가A+최고예요

1. 실험목적계측 장비를 사용하여 방사선의 특징을 파악한다.2. 실험장치그림 2) 방사선 검출기그림 1) Spectroscopy 측정 기기그림 3) 방사선 선원그림 4) 차폐체 시편그림 5 GM Tube3. 실험방법[1] 차폐율 측정 실험① GM Tube의 전원을 켜고 Voltage : 900V, Time : 30s로 설정한다.② 선원을 하나 선택하고 그림 2)의 방사선 검출기의 적당한 칸에 올려 놓는다.③ Count 버튼을 누르고 측정을 시작한다.④ 한 선원당 3번씩 측정한다.⑤ 한 선원당 차폐체를 3개를 위치시키고 각각의 차폐체에 대해 ③, ④를 반복한다.⑥ 다른 선원을 선택해서 위치시키고 ②~⑤를 반복한다.⑦ 총 4개의 선원에 대해 방사선을 측정한다.[2] Spectroscopy 관찰 실험① 장비의 전원을 켠다.② USX Program을 실행한다.③ 실험조건을 설정한다. (900V, Coarse gain 8, Fine gain 1.2, Live time 10800)④ Start(초록) 버튼을 누른다.⑤ Spectrum을 관찰한다.4. 실험결과 및 고찰[1] 선원 A와 B의 세기를 GM tube를 이용하여 비교 및 분석하시오.선원차폐체 종류Count 1Count 2Count 3평균Cs-137차폐체 X506526491507.67Lead0.25in257211223230.33Lead0.375in159166156160.33Lead0.439in151146150149.00Lead0.471in120132120124Cs-137차폐체 X506526491507.67Al0.125in398397405400.00Al0.225in349374368363.67Al0.315in319330313320.67Al0.395in324313286307.671개의 선원 Cs-137로 차폐율을 측정하였고, 차폐체로는 납 0.635cm, 0.9525cm, 1.11506cm, 1.19634cm 알루미늄 0.3175cm, 알루미늄 0.5715cm, 0.8001cm, 1.0033cm로 4개를 사용하였다. GM tube의 설정값은 Volt : 900V, Time : 30s로 모두 같다.모든 실험에서 차폐체를 사용했을 때가 사용하지 않은 경우보다 방사선이 줄어들었음을 확인할 수 있다. NIST에서 각 선원의 감쇠계수를 찾아서 비교해보기로 한다. 이 실험에서 900V의 전압을 걸었지만 전하의 개수를 모르기 때문에 전체 에너지를 알 수 없었다. 그래서 대략 1MeV일 때의 값을 참조해서 조사했다.납 의 감쇠계수(mu) : 0.8053cm^-1 알루미늄감쇠계수(mu) : 0.1659cm^-1차폐체의 차폐율을I=I _{0}e ^{ - mut }(I= 나중 세기,I_0= 처음 세기,mu=감쇠계수, t=두께)를 이용하여 유도할 수 있다.차폐체 종류두께(cm)I_0mu(cm^-1)ILead0.635230.330.8053138.123Lead0.9525160.330.805374.454Lead1.11506149.000.805360.703Lead1.19634124.000.805347.317Al0.3175400.000.1659379.476Al0.5715363.670.1659330.774Al0.8001320.670.1659280.809Al1.0033307.670.1659260.494위의 결과로 차폐체 납과 알루미늄의 두께가 커질수록 나중세기I 가 줄었음을 알 수 있었다.그림 6 Cs-137 차폐체 없음[2] Gamma Spectroscopy(선원 : Cs-137)의 그래프를 보고 분석하시오.그림 7 Cs-137 차폐체 있음그림 8 Po-210 차폐체 없음그림 9 Po-210 차폐체 있음세로축은 Count 수를 나타내고 가로축은 에너지를 나타내는 Spectroscopy 그래프이다. 세로축으로 더 높은 점이 찍힐수록 방사선의 세기가 더 크다는 것을 의미한다.차폐체가 없는 그림 6), 그림 8)에 비하여 차폐체를 넣은 그림 7), 그림 9)는 같은 파형이지만 아래로 조금씩 내려간 그래프가 그려진다. 차폐체가 없는 Po-210에서는 최대 Count가 약 200이고, 차폐체를 넣었을 때는 최대 Count가 약 180이다. 차폐체가 없는 Cs-137에서는 최대 Count가 약 3800이고, 차폐체를 넣었을 때는 최대 Count가 약 500이다.두 그래프에서 전체적으로 선형적인 형태로 점이 생성되다가 포물선의 형태로 극점이 생기는 부분이 있다. Po-210에서는 약 100KeV에서 극점이 생기며, Cs-137에서는 약 100KeV, 650KeV에서 극점이 생긴다.[3] CMOS Detector와 CR-film을 비교하시오.CMOS Detector은 CMOS(상보성 금속 산화막 반도체)를 이용한 고체 촬상 소자이다. CCD 이미지 센서와 동일하게 광다이오드를 사용하지만 제조 과정과 신호를 읽는 방법이 다르다.CR-film은 일반영상 검사 또는 일반촬영, 단순 방사선 검사라고 부르며, X선을 인체에 조사하여 검출기로 검출한 영상을 만들어서 몸속을 간접적으로 검사하는 방법 중 하나이다.CMOS Detector은 CMOS 이미지 센서라고도 하며, 광학 영상의 강약과 색체를 감지하여 디지털 영상 데이터로 변환이주는 장치이며 영상 이미지의 저장 및 전송, 재생을 위한 전자부품이다. 발생된 전자를 전압으로 바꾸어 출력시키는 방식으로 처리 속도가 빠르고 소비 전력이 낮기 때문에 휴대 단말에 적합하다. 하지만 소자 자체가 불안정하기 쉽고, 촬영한 화상에 노이즈가 있는 특성이 있다.CR-film은 주로 병원에서 보이는 X-ray 촬영기기에 사용되며, X선관에서 발생된 엑스선이 인체를 투과하여 몸 안의 물질의 종류, 밀도 등으로 인하여 감약된다. 감약된 방사선을 검출기로 통하여 영상화하여 확인할 수 있다. 이 실험에서 차폐율 실험처럼 일정한 방사선이 인체를 통과하면서 방사선이 약해진 정도를 검출기에서 측정하여 영상화하는 기기이다.[4] 선원을 납으로 차폐하려고 한다. 이 선원의 세기가 절반(1/2)이 되는 납의 두께와 1/10이 되는 납의 두께를 구하시오. (계산 공식 필수) [감쇠계수mu : 0.7721cm ^{-1}]차폐율에 관한 공식은I=I _{0}e ^{ - mut }이다. 차폐체를 넣었을 때 세기가 절반이 되므로{I} over {I _{0}}=1/2이다. 양변에 자연로그를 씌우면ln( {I} over {I _{0}} )=ln(1/2)=- mu t이다. 따라서t=- {ln(1/2)} over {mu }=0.898cm이다.1/10이 되는 납의 두께는 위와 같은 식으로ln( {I} over {I _{0}} )=ln(1/10)=- mu t으로 유도할 수 있고,t=- {ln(1/10)} over {mu }=2.982cm이다.[5] 실험 진행 간 특이했던 점에 관한 고찰이나 느낀 점에 대해 서술하시오.차폐율을 측정하는 실험에서 한 조건당 3회씩 카운트를 했는데, 각 시행마다 카운트 수에 차이가 조금 크게 나는 경우가 빈번했다. 그리고 차폐체를 선택하는 것에 있어서 알루미늄에 두께가 다른 2개를 골랐는데 이상하게 두께가 더 얇은 차폐체를 위치시켰을 때, 카운트수가 더 줄어드는 시행도 있었다. 심지어 차폐체를 썼지만 오히려 더 많은 방사선이 카운트 되는 경우가 나와서 감쇠계수도 (-)의 값이 나오는 시행도 있었다.Spectroscopy에서는 파형이 전 구간에 걸쳐서 거의 같게 나오긴 했지만, Cs-137에서 차폐체가 없는 초반 구간에 약간의 튀는 점들이 찍혀서 결과가 나왔다.오차가 생기는 원인으로 생각할 수 있는 것은 차폐율 측정 실험과 Spectroscopy 실험을 같이 진행해서 2개의 선원이 서로 영향을 미쳤을 수도 있다는 점과 실험실 주변의 환경에 의한 영향 등을 생각할 수 있다.5. 기체 전리를 이용한 검출기Ⅰ 재결합영역(recombination region) : 검출기 사용 불가영역검출기에 걸어준 전압이 낮기 때문에 검출기 내부의 전장이 약해, 전하의 이동이 늦어, 생성된 전자와 이온이 양극에 수집되지 못하고, 대부분을 재결합하여 일부분만 전극에 모인다.Ⅱ 전리함영역(Ionization region)생성된 1차 이온 전체가 전극에 수집되고 전압을 증가하여도 집적된 이온쌍의 수 는 증가하지 않으므로 전하량은 전하에 관계없이 거의 일정하다. 넓은 전압 범위에서 전류의 크기가 일정(인가전압 크기와 상관없이 일차적으로 생성된 전자들만 포집되기 때문)

공학/기술| 2020.06.08| 7페이지| 2,000원| 조회(603)

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