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GT STRUDL을 이용한 트러스해석

GT STRUDL을 이용한 트러스 해석목차1. Problem Description2. Analysis by GT STRUDL3. Compare & Conclusion1. Problem Description※ Analyze these trusses by hand and using GTSTRUDLA type (Pratt Truss)B type (Howe Truss)GT 해석시단면적 A=1(cm2)재료 steel(material steel all)b= 4+2(m)h= 4+1(m)P= 4 (kN)2. Analysis by GT STRUDL-Type A Pratt TrussPratt Truss 해석에 사용된 프로그램 소스는 다음과 같다.strudl 'Pratt Truss For YC (A622014)'$ Analysis the Trusses by GT STRUDL$ 하중과 트러스 치수 결정(학번에 관하여)$ P (학번끝자리) = 4kN$ b (학번끝자리+2) = 6m$ h (학번끝자리+1) = 5m$ A = 1cm2$ 재료 : Steel$------------------------------$ 순서: 트러스의 절점생성 → 트러스의 부재생성 → 재료의 성질입력 → 지점조건 입력 → 하중재하$ 단위결정unit kN m$ Generate Pratt Truss Jointgen 7 joi id 'a1' inc 1 x 0 inc 6 y 0gen 5 joi id 'a8' inc 1 x 6 inc 6 y 5$ Generate Horizontal Truss Membertype plane framegen 6 mem id 'm1' inc 1 from 'a1' inc 1 to 'a2' inc 1gen 4 mem id 'm7' inc 1 from 'a8' inc 1 to 'a9' inc 1$ Generate Vertical Truss Membergen 5 mem id 'm11' inc 1 from 'a2' inc 1 to 'a8' inc 1$ Generate Left Diagonal Membergen 1 mem id 'm16' inc 1 from 'a1' inc 1 to 'a8' inc 1$ Generate Right Diagonal Membergen 1 mem id 'm17' inc 1 from 'a7' inc 1 to 'a12' inc 1$ Generate Remained Diagonal Membergen 2 mem id 'm18' inc 1 from 'a3' inc 1 to 'a8' inc 1gen 2 mem id 'm20' inc 1 from 'a4' inc 1 to 'a11' inc 1$ Meterials Properties (Steel)unit N mmconstantmaterial steel all$ Member Propertiesmember properties'm1' to 'm21' ax 100 iy 833 iz 833$ Supports Locationstatus support 'a1' 'a7'$ Joint Status (Moment Release)joint release'a1' mom z'a7' mom z for x$ Loadingload 1joi load'a8' for y -4'a9' for y -4'a10' for y -4'a11' for y -4'a12' for y -4stiffness analysis< Pratt Truss 해석 결과 >< 지점 반력 >-Type B Pratt TrussPratt Truss 해석에 사용된 프로그램 소스는 다음과 같다.strudl 'Howe Truss For YC (A622014)'$ Analysis the Trusses by GT STRUDL$ 하중과 트러스 치수 결정(학번에 관하여)$ P (학번끝자리) = 4kN$ b (학번끝자리+2) = 6m$ h (학번끝자리+1) = 5m$ A = 1cm2$ 재료 : Steel$------------------------------$ 순서: 트러스의 절점생성 → 트러스의 부재생성 → 재료의 성질입력 → 지점조건 입력 → 하중재하$ 단위결정unit kN m$ Generate Pratt Truss Jointgen 7 joi id 'a1' inc 1 x 0 inc 6 y 0gen 5 joi id 'a8' inc 1 x 6 inc 6 y 5$ Generate Horizontal Truss Membertype plane framegen 6 mem id 'm1' inc 1 from 'a1' inc 1 to 'a2' inc 1gen 4 mem id 'm7' inc 1 from 'a8' inc 1 to 'a9' inc 1$ Generate Vertical Truss Membergen 5 mem id 'm11' inc 1 from 'a2' inc 1 to 'a8' inc 1$ Generate Left Diagonal Membergen 1 mem id 'm16' inc 1 from 'a1' inc 1 to 'a8' inc 1$ Generate Right Diagonal Membergen 1 mem id 'm17' inc 1 from 'a7' inc 1 to 'a12' inc 1$ Generate Remained Diagonal Membergen 2 mem id 'm18' inc 1 from 'a2' inc 1 to 'a9' inc 1gen 2 mem id 'm20' inc 1 from 'a5' inc 1 to 'a10' inc 1$ Meterials Properties (Steel)unit N mmconstantmaterial steel all$ Member Propertiesmember properties'm1' to 'm21' ax 100 iy 833 iz 833$ Supports Locationstatus support 'a1' 'a7'$ Joint Status (Moment Release)joint release'a1' mom z'a7' mom z for x$ Loadingload 1joi load'a8' for y -4'a9' for y -4'a10' for y -4'a11' for y -4'a12' for y -4stiffness analysis< Howe Truss 해석 결과 >< 지점 반력 >3. Compare & ConclusionType A 의 Pratt Truss와 Type B의 Howe Truss 모두 손으로 직접 절점법을 통해 계산한 각 부재들의 부재력과 GT STRUDL을 통해 구한 각 부재력들을 비교해 보면 정확히 일치 하는 것을 볼 수 있다. GT STRUDL을 이용해서 구조물을 해석하는 방법은 매우 정확한 결과값을 주고 있을뿐더러 구조물의 처짐량 (각각 부재의 변형량)과 가장 큰 부재력을 발생시키는 부재등 설계 시에 굉장히 중요한 데이터들을 매우 쉬운 방법으로 구할수 있었다. 또한 직접계산을 통해 부재력을 구하는 과정의 경우 부재의 길이나 치수가 변하게 되면 모든 결과값을 다시 결정해야하는 번거로움이 있는 반면에 GT STRUDL을 통해 해석을 하게 되면 코딩을 하는 소스만 바꿔주면 간단하게 수정도 가능하다는 것을 알 수 있었다.

공학/기술| 2012.07.17| 16페이지| 2,000원| 조회(232)

트러스, Truss, Conclusion, compare, GT STRUDL, P..

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Force due to Jet Impact (수리실험)

결과 레포트1. Abstract2. Introduction3. Theory4. Experiment Equipment5. Procedure6. Experiment Data7. Discussion8. Conclusion9. Reference1. Abstract이번 실험은 분출되는 유체로부터 발생되는 힘이 물체에 어떠한 방식으로 작용을 하는지 알아 보는 실험이다. 일반적으로 압력을 받고 있는 유체로부터 기계적인 일을 얻는 방법 중의 하나가 바로 고속의 jet을 이용하는 방법이다.예를 들어 jet을 통해 분출하는 증기나 액체는 속도가 빠르므로 이것을 날개차에 닿게 하여 회전운동을 일으켜, 증기터빈 ·수력터빈 등 원동기에 응용한다. 이 원리를 이용하여 연소가스를 고속으로 분출시켜서 그 반동으로 추진하는 제트엔진이나 로켓 등을 제작할 수 있다.jet의 내부는 다른 부분보다 압력이 내려가 있으므로, 가는 관을 넣으면 가는 관 속에 이어지는 부분에 있는 유체는 제트 속으로 흡인된다. 실생활에서도 이러한 원리를 찾을 수가 있다. 분무기는 이 원리를 응용한 것으로 가는 관으로부터 공기를 분출시키고, 관 입구 가까이에 가는 관을 접근시키면, 아래쪽의 물은 제트에 의해 빨려 나와서 작은 안개 모양이 되어 공기와 함께 흩어진다.이번 실험에서는 jet을 이용하여 유체의 힘 전달방법과 원리를 이해하고자 한다.2. Introduction분류실험 장치에서 급수관을 통해 공급된 물은 수직관 끝의 노즐을 통해 분사 하도록 되어 있다. 노즐에서 사출된 물은 저울대에 연결된 평판 또는 반구를 치도록 되어 있다. 평판 또는 반구는 저울추를 놓은 조정대에 지지되어 있고 이 조정간은 용수철에 연결되어 충격력을 측정하도록 되어 있다.처음 저울추 눈금을 ‘0’에 맞추면서 저울대의 평형을 맞추면 이를 표시하는 검침을 할 수 있다. 실험 시작 후 노즐로부터 사출된 수맥에 의한 충격력은 저울대의 균형을 무너뜨린다. 이때 저울추를 추가하면서 눈금을 처음 기준에 다시 위치하도록 하여 원래의 평형상태를 표시하도록 함있는 유체로부터 기계적 일을 유출해 내는 한 방법은 그 압력을 이용하여 유체를 가속시켜 빠른 속도의 분류(jet)가 되도록 하는 것이다. 이렇게 하여 가속된 분류는 터빈의 깃을 치게 되고 이 마찰력으로 인하여 터빈은 회전하면서 기계적인 일을 하게 된다. 실험에 사용된 분류충격장치노즐로부터 분사되는 방향인 y축에 관해 대칭인 평판 날개에 유속m/s 로㎥/s 의 충격을 가한 후 β의 각도로 전향 되면서 유속이m/s된다고 가정하자. 날개를 치기 전후의 고도차와 정수압 차는 아주 작으므로 거의 무시하면 날개를 향해 y방향으로 유입하는 물의 momentum은 ρ이며 날개를 떠나는 물이 가지는 운동량의 y방향 성분은 ρcosβ이다. 역학적-운동량의 원리란 충격전후의 운동량의 변화율이 바로 충격량과 같음을 의미하므로 유체의 흐름은 에너지를 가지고 운동하고 있는 것이다. 이것을 유용하게 이용하기 위해서 압력을 받는 유체를 고속으로 분출해야 한다. 즉, 고속의 유체는 많은 운동에너지를 가지고 있고 이것을 충격에너지로 바꾸어서 사용할 수 있다. 과 같이 노즐로부터 분사된 사출 수맥의 방향 즉 X축에 대칭인 반구형 날개에의 속도로 W[kg/sec]율인 분류가 충격을 준 후 β의 각도로 변하면서 유속이로 되었다고 한다. 날개를 치기 전후의 사출의 흐름 높이차 와 정수압차는 아주 미소하므로 무시한다. 에서 유입할 때의 운동량은 X방향으로이고 유출할 때의 운동량은이다.분류에 관하여 X축 방향의 힘 F는 운동량 변화율과 같다.X축에서 날개에 대한 것으로 하면 상기와 위치가 반대이므로m3mL3L Jet로 인한 힘의 원리● 날개가 평판일 때이므로이다.위의 식으로부터여기서, Fp : 평판이 받는 힘W : 유량 [kg/s]: 입구의 유속 [m/s]● 날개가 반구형일 때이므로이다. 즉,이상에서와 같이 분류가 날개를 치기 전후의 높이 차이와 정수압차를 즉 에너지 손실을 무시할 때 V1의 최대치는와 같게 되므로 반구형의 컵이 받는 가능 최대 충격력은날개로써 평판을 사용할 경우 (cos 90? = 0 jockey가 영점으로부터 y만큼 움직였을 때, vane이 얻을 수 있는 힘 F는 모멘트의 평형으로 얻을 수 있다.그리고와와의 관계는 에너지 보존 법칙에 의해 다음과 같다.출구에서 운동에너지 = 나갈 때 위치에너지 +운동에너지여기서, s는 노즐과 깃 사이의 간격이다.운동량 보존 법칙- 운동량보존법칙은 에너지보존법칙과 함께 자연현상을 지배하는 기초법칙이다. 운동의 제2법칙에 따르면 힘은 질량과 가속도의 곱 또는 운동량의 시간변화율로 나타난다. 따라서 외부의 힘이 작용하지 않거나 합력이 0이면 물체의 운동상태는 변하지 않고 관성을 유지한다. 이런 관성계에서 운동량의 총합은 항상 변하지 않고 보존된다. 여러 개의 물체로 이루어진 계의 경우, 물체끼리 충돌할 때?각각의 운동량은 바뀌지만 결국 전체의 총합은 변하지 않는다. 이것을 이용하여 충돌 후의 속력 변화를 계산할 수 있다. 완전탄성충돌 뿐 아니라 비탄성충돌이 일어나도 전체의 운동량은 보존된다. 반면 운동에너지는 완전탄성충돌의 경우만 보존되고, 비탄성충돌의 경우에는 열에너지, 소리에너지 등으로 전환되어 감소한다. 그러나 이때 열과 소리 등을 모두 더한 전체의 에너지는 보존된다. 운동의 제3법칙인 작용·반작용의 법칙은 운동량보존법칙에 의해 자연스럽게 유도된다. 예를 들어 두 물체가 충돌할 때를 생각해 보자. 운동량보존법칙에 의해 충돌 전후에 두 물체 전체의 운동량은 변하지 않는다. 그러므로 두 물체의 운동량의 변화량은 서로 크기가 같고 방향이 반대이다. 운동량의 변화량은 곧 충격량이고, 충격량은 힘과 시간의 곱이다. 충돌시간은 두 물체에 동일하므로 두 물체에 작용한 힘(충격력) 또한 크기가 같고 방향이 반대이다. 이와 같이 두 물체가 서로 힘을 작용하는 경우, 운동량보존에 의해 각각이 받는 충격량은 크기가 같고 방향이 반대이다. 힘을 작용하는 시간이 같으므로 각각의 물체가 받는 힘 또한 크기는 같고 방향은 반대이다. 이것을 작용·반작용의 법칙이라고 한다.4. Experiment Equipment그림 3. 분류 충격류가 사출하게 한다.? 이때 조정용 나사를 조정하여 수맥이 날개의 중앙부를 향하게 한다.? 분출되는 제트가 끌어올린 평판의 높이를 버니어캘리퍼를 통하여 측정한다.? 이때의 사출유량을 중량 측정법으로 측정한다.? 그리고 올라간 평판위에 적절한 추를 올리면서 제트가 분출되는 상태에서도 평판 이 원래 위치로 돌아 갈수 있는 추의 총 무게를 측정한다. 실험모습? 평판을 교체하여 실험을 계속한다.6. Experiment Data유량 (LPM)Jet에 의해 평판이 올라간 높이(cm)평판이 제 위치로 돌아가는데 필요한 추의 무게(g)중량-시간법을 통해 측정한 유량 (kg/ 10sec)80.390351.26120.940902.00161.051702.52202.5252553.40243.3353703.87 반구형 평판을 사용한 실험결과유량 (LPM)Jet에 의해 평판이 올라간 높이(cm)평판이 제 위치로 돌아가는데 필요한 추의 무게(g)중량-시간법을 통해 측정한 유량 (kg/ 10sec)80.2201.24120.329302.10160.710752.67201.2451253.56242.2102003.88 평면 평판을 사용한 실험결과*반구형 평판의 무게: 125 g*평면 평판의 무게: 60 g7. Discussion1. On a single graph, plot the measured force on the plate, the cup, and the cone, F versus the momentum delivered by the jet,→Rotameter로 측정한 유량에 의한 momentum???????????????????????? (1)추의 무게 측정값에 의한 F계산???????????????????????????????????????????????? (2)반구형평면 판유량(LPM)Momentum(kg·m/s2)F(kg·m/s2)유량(LPM)Momentum (kg·m/s2)F(kg·m/s2)80.2260.34380.2260.196120.5090.883120.5090.294160.tum2. Use the method of least squares to find the slope of each curve→최소제곱법을 통해 Discussion (1)에서 그린 그래프의 기울기를 구하면 아래와같다.반구형 날개인 경우 : 1.8062평판형 날개인 경우 : 1.00193. According to Eq.(3), these curves should be straight lines through the origin having a slope of 1.0 for the plate and 2.0 for the hemispherical cup. Are your plots in accord with the theory to within your uncertainty estimate?모양계산값이론값오차반구형 컵 날개1.80622.010.7%평판형 날개1.00191.00.19% 계산값과 이론값의 차이와 오차4. What effects could be causing a deviation from perfect agreement?→ 반복된 실험을 해본결과 실험 데이터들 간의 차이, 즉 편차가 발생한 원인을 찾아보면 먼저 유체가 분출되는 노즐이 평판에 정확히 중심에 연직방향으로 설치 되지 못한 이유가 있다. 이러한 이유로 제트로 인해 발생해 평판에 작용한 충격량이 일정치 못하여 편차가 발생한 것으로 생각한다.또한 제트가 평판에 충격량을 전달해서 평판의 위치가 원래의 위치보다 상승하게 되는데 이 과정에서 마찰손실이 발생하여 실제 충격량을 모두 전달하지 못하게 되었다.마지막으로 유체를 공급하는 수도꼭지에서 나오는 유량이 시간에 따라서 변한 것이 실험 결과 데이터의 편차를 발생시키게 된 원인이라고 생각한다. 실험을 통해 얻은 데이터를 이론식에 대입하여 힘(F)등을 구했는데 이 과정에서 유량의 미세한 변화가 반복된 실험에서 다른 결과값을 도출하는데 영향을 끼쳤다고 생각한다.5. It has been assumed that the velocity in the jet is un.5

공학/기술| 2012.07.17| 14페이지| 1,500원| 조회(245)

수리실험, theory, Procedure, discussion, Jet, jet..

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Flowmeter Calibration (유량계 검정)

결과보고서1. 실험내용 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?32. 사용도구 및 장비 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?43. 실험절차 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?44. 실험 결과 및 적용 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?5-각 Case별 결과와 고찰-종합결과와 고찰1. 실험 내용; 면적식 유량계 중에서 적은 비용에 꽤나 높은 정확도를 보여주는 Rotameter를 이용하여 유량계에서 측정하는 유량이 실제 유량과 어떠한 차이가 있는지, 차이가 있다면 얼마나 큰 차이가 나며 어떤 이유에서 에러가 발생하는지에 대하여 검정하는 실험이다. 위에서 설명한 Rotameter는 액체통 밑이 뾰족하게 되어 있고 그 아래에 유리관이 연직으로 세워져 있는데, 이 속에 팽이처럼 생긴 부표가 장치되어 있다. 액체가 아래쪽에서 이 유리관으로 들어오면서 부표를 밀어올리며, 부표에 작용하는 중력과 액체의 흐름에 상이한 힘이 평형되는 곳에서 부표가 정지한다. 액체의 흐름이 부표에 미치는 힘은 액체의 점성과 유속의 곱에 비례한다. 그런데 액체통의 끝이 뾰족하기 때문에 아래쪽에서는 관벽과 부표 사이가 좁아서 유속이 빠르고, 또 액체통 벽의 영향으로 유체의 점성도 겉보기에는 커지기 때문에, 부표는 액체의 유량의 대소에 따라 액체통 속에서 정지하는 위치가 달라진다. 그러므로 액체통에 눈금을 매겨 놓으면 부표의 높이를 알 수 있고, 부표의 위치로부터 유속을 알 수 있다. 다만, 여기서 점성은 변하지 않는 것으로 한다. 또, 이 부표가 액체 속에서 흔들리지 않게 부표 주위에 몇 줄의 비스듬한 홈을 파서 회전하도록 되어 있다. 위와 같은 원리로 Rotameter로 측정된 유량 (LPM단위)과 실제로 무게-시간 (Weight-time Method) 방법을 사용하여 계산된 실제유량과 얼마나 잘 들어 맞는지를 알아보는 목적을 가지고 실행한 실험이다. 그리고 무게-시간 방법을 사용하여 유량을 계산할 때 에는 실험시 물의 온도를 활용하여 밀도를 알면 무게를 통해 질량을 알수 있다. 이와 같은 방법을 통하여 아래에 표현된 연속 방정식 (The Continuity Equation)을 만족하는 유량을 결정하는 것을 이 실험의 또 하나의 목적으로 한다.Q= A X V , A=수조의 횡단면적 (cross-sectional area)V=유속 (Flow velocity)2. 사용도구 및 장비; ① Rotameter;실제 실험에 사용된 면적식 유량계인 Rotameter(사진아래부분에 부표가 있다.)② 초시계 , 저울; 무게-시간 방법 (Weight-time method) 위해 필요③ 호스, 물통 등; 실험대상 유체인 물공급을 위해 필요④ 온도계; 실험시 물의 온도 측정을 위하여 필요3. 실험절차① 실험 대상 유체의 온도를 측정한다.② 파이프의 직경 측정한다.③ 스케일은 0으로 재설정 한다.④ 일정한 유량을 유지하기 위해 일정한 각도로 밸브를 연다.⑤ 간격을 10초로 하여서 Rotameter 의 스케일을 세 번 읽는다.⑥ 일정한 시간동안 탱크의 무게를 세 번 측정한다.⑦ 2번부터 5번까지의 실험과정을 다른 밸브 openings 에서 반복 실시한다.4. 실험 결과 및 적용- 각 Case별 결과 및 고찰① Case 1 : 유량 8 LPM (liter per minute)No.CaseRotameterWeightTime (fixed)1183.60 kg30 sec2183.48 kg30 sec3183.58 kg30 sec4183.48 kg30 sec5183.52 kg30 sec*실제 유량과 Rotameter를 사용해 측정한 유량 비교 (Case 1)② Case 2 : 유량 12 LPM (liter per minute)No.CaseRotameterWeightTime (fixed)12125.50 kg30 sec22125.44 kg30 sec32125.52 kg30 sec42125.51 kg30 sec52125.46 kg30 sec*실제 유량과 Rotameter를 사용해 측정한 유량 비교 (Case 2)③ Case 3 : 유량 16 LPM (liter per minute)No.CaseRotameterWeightTime (fixed)13167.50 kg30 sec23167.52 kg30 sec33167.38 kg30 sec43167.40 kg30 sec53167.42 kg30 sec*실제 유량과 Rotameter를 사용해 측정한 유량 비교 (Case 3)④ Case 4 : 유량 20 LPM (liter per minute)No.CaseRotameterWeightTime (fixed)14209.06 kg30 sec24209.12 kg30 sec34209.16 kg30 sec44209.14 kg30 sec54209.10 kg30 sec*실제 유량과 Rotameter를 사용해 측정한 유량 비교 (Case 4)⑤ Case 5 : 유량 24 LPM (liter per minute)No.CaseRotameterWeightTime (fixed)152410.86 kg30 sec252410.86 kg30 sec352410.72 kg30 sec452410.66 kg30 sec552410.64 kg30 sec*실제 유량과 Rotameter를 사용해 측정한 유량 비교 (Case 5)*공통사항 : 수조의 직경 40cm수조의 단면적 0.126실험시 물의 온도 10℃ (=물의 밀도 0.997 g/mL)그래프의 Y축 의 실제 유량은 Weight를 밀도를 나눈 리터(부피) 값을 사용 (ex. Weight: 3.5kg 일 경우 3.5 kg ÷ 0.997 kg/L = 3.51 L)* 고찰; 위에서본 Case별 (즉, rotameter 유량 별) 그래프에서도 알수 있듯이, Rotameter에 표시된 유량과 실제 무게-시간법을 통해 측정한 유량과의 차이가 있음을 알 수 있다. 이러한 오차가 생기는 이유를 간단히 정리 해보면,첫째, 스케일의 오차 (Error of Scale) 로서, Rotameter속에 있는 부표(Float)의 위치를 육안으로 확인하는 과정에서 생긴 오차가 있을 것으로 생각되며둘째, 무질서한 오차 (Error of Random) 로서, 벨브(수도꼭지)에서 나오는 물의 양이 실험 시간동안에 연속적으로 동일하게 유지 되지 못한 것에 기인해서 Rotameter속에 있는 부표(Float)의 위치 자체가 무질서하게 움직이면서 발생한 오차가 있을 것으로 생각된다.셋째, 시스템의 오차 (Systematic Error) 로서, Rotameter와 수도꼭지를 연결시키는 과정에서 호스의 연결이 불안정하여 수도꼭지로부터 나오는 물이 완벽하게 Rotameter를 통과하여 수조까지 전달되지 못하고 중간에 조금씩 새어 나간 것이 있다고 생각한다.-종합결과와 고찰CaseRotameter로 측정된 유량(단위 L)실제로 계산된 유량(평균치)(단위 L)

공학/기술| 2012.07.17| 10페이지| 2,500원| 조회(257)

수리실험, 유량계, 면적식 유량계, Flowmeter, 스케일의 오차, 무질서한 ..

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부유체 안정 (수리실험)

결과보고서1. 실험목적 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?32. 실험이론 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?33. 사용도구 및 장비 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 44. 실험절차 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?55. 실험 결과 및 적용 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 66. 종합 고찰 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? ? ? ?? ? ?? 101. 실험 목적; 일반적으로 수중에 있는 물체(부체)는 부체 자체의 무게와 부체에 작용하는 부력(Buoyancy Force)간에 상호관계에 의하여 부체의 안정과 불안정 즉, 현재 평형을 유지하고 있는지 그렇지 않으면 새로운 평형상태로 돌아가려고 하는지를 판단하는 것이 목적이다.일반적으로 부체가 수면에 의하여 절단되는 면을 부양면이라 하고, 부양면에서 물체하단까지의 길이를 흘수(Draft or Drought)라 한다.이번 실험에서는 부체의 흘수를 측정하여 아르키메데스의 원리와 부력(Bouyancy Force)의 관계를 이해하고 부체의 중심, 부심을 변화시켜 부체가 안정되는 한계조건을 이해한다.2. 실험이론; 실험 대상인 부체가 평형 상태에서 미세하게 기울여지면 그에 따라서 수중에 잠겨있는 부체 부분의 모양이 다르게 변화한다. 그러나 물체 무게중심의 위치는 변함이 없고 부심의 위치가 변한다. 부심이 이동하면 중력방향과 부력의 방향이 동일선상에 있지 않아서 새로운 힘(모멘트 M)이 발생하게 된다.이 힘인 모멘트(M)에 의해 부유체는 회전하게 된다. 이때 정지 상태의 부심의 작용선과 기울어진 상태의 부심의 작용선이 만나는 점을 경심이라고 한다.부유체의 경심이 무게중심보다 위쪽에 위치하면, 부력과 중력에 의해 발생한 우력이 부유체를 원래 정지된 상태로 돌아가도록 작용하고(회전한 방향의 반대방향으로 움직이게 된다) 안정한 상태를 유지한다.반면 부유체의 경심이 무게중심보다 아래쪽에 위치하면, 부력과 중력에 의해 발생한 우력이 부유체를 더 기울어지는 방향으로 작용하고(회전한 방향으로 움직이게 된다.) 불안정한 상태가 된다.3. 사용도구 및 장비; ① 실험대상 부유체 (그림과같은 플라스틱 박스형)② 스케일 자③ 균형 추 (실험대상 부유체에 달려있음)④ 수조⑤ 저울4. 실험절차; ① 모든 구성물을 담은 플라스틱 상자의 무게를 측정한다.② 미끄러지는 물체가 중력중심에 오게 해서 부유체에 위에 위치하게 한다.③ 수조에 부유체가 중심이 되게 하여 띠운다.④ 영점을 조절한다.⑤ 움직이는 추를 10mm만큼씩 움직이면서 부유체가 안정을 취하는지 본다.⑥ 부유체가 얼마나 잠겼는지 측정하고 얼마나 기울었고 잠긴 깊이를 측정한다.⑦ 조건을 달리하여 2-6의 과정을 반복한다.5. 실험 결과 및 적용;(1) 실험 데이터* 길이 관련 데이터 *부체의 폭 : 22 cm부체의 길이 : 40 cm부체의 높이 : 25 cm수심 : 8.8 cm* 무게 관련 데이터 *부체 전체 의 무게 : 1.98 kg = 1980 g수평추의 무게 : 210 g수직추의 무게 : 210 g실험 초기데이터를 기준으로 안정성여부를 판정해보면,==28645==0.137m = 13.7cmh===0.0225m = 2.25cm수면으로부터 부심까지의 깊이는= 1.125cm 이고,= 12.5cm이다.위에서 얻어진 데이터들을 통하여 초기 상태의 안정성여부를 판단해보면,=13.7cm - 11.375cm=1.625cm > 0 이므로 초기상태의 부체는 안정(Stable)한 상태이다.또한, 부유체가 수직추를 움직임으로서 부유체의 안정성의 지표인 MG값이 변하게 된다. MG 값은 먼저 추의 이동에 따른 이동된 무게중심과 기존 무게중심과의 거리를 구한다.(wh : 수평추의 무게 , dx : 수평추의 이동거리 , W : 부체의 무게)여기서,이다.가 미소각일 경우를와 같다고 생각할 수 있다.그러므로로 표현할 수 있다. 이를 처음 식에 대입하여 정리하면이다.위에 식을 사용하여서 수평추의 이동거리에 따른 경심고를 그래프로 그려보면 아래와 같다.< 그림 1>위의 그림1과 같이 부체의 안정도를 나타내는 지표인 MG값이 수평추가 이동할 수록 작아지는 것을 볼수있다. 그리고 수평추가 같은 거리만큼 이동하였을때 수직추의 높이가 높을수록 불안정 하다는 것을 볼 수 있다.그리고 수평추가 중심에 고정되어 있고, 수직추가 높아질수록 MG값을 계산한 결과는 그림2와 같다. 그림2와같이 수평추는 고정되어있더라도 수직추가 높아질수록 즉, 무게중심이 높아질수록 안정도가 작아진다는 것을 알 수 있다.6. 종합고찰; 이번 실험을 통해서 수조위에 떠있는 부체내의 무게중심, 경심고등을 변화하면서 부유체가 안정을 유지하는지 또는 어느 순간 안정성을 잃고 새로운 평형상태로 가려고 하는지를 알 수 있었다. 그리고 수평추와 수직추를 정해진 거리(1cm, 2cm)씩 움직이면서 부유체의 경사도를 삼각함수를 사용한 계산을 통해 알아내면서 부유체가 어느 정도의 각도를 이루었을때 새로운 평형관계를 찾아가는지, 즉 경사각의 크기가 어느 정도일때 불안정한 상태가 되는지 알기 위하여 진행한 실험이었다. 부유체의 안정성을 직접적인 계산 (MG를 계산)을 통하여 알아 보는 과정을 통해 경심에 대한 개념을 배울 수 있었다.

공학/기술| 2012.07.17| 10페이지| 2,500원| 조회(183)

삼각함수, 수리실험, 상호관계, 평형상태, 경심고등, 평형관계, 반대방향, 안정성여부, 중력중심

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관마찰 실험 결과 레포트

결과 레포트1. Abstract2. Introduction3. Theory4. Experiment Equipment5. Procedure6. Experiment Data7. Discussion8.Conclusion9. Reference1. Abstract관로내의 손실은 층류 또는 난류에 따라 달라진다. 관 내의 유체가 흐를때 주손실은 직선관 부분의 마찰에 의한 손실이고, 부손실은 파이프 입구, 곡관, 관 부속품 등의 유동손실과 마찰에 의한 손실이다. 본 실험은 유체관로 내의 주손실과 부손실을 관찰하고 그의 측정법을 숙지 하며, 손실을 이해 그리고 레이놀즈수와 관마찰계수의 관계 그리고 유량에 따른 관계, 또, 직관과 입구와의 관계, 관의 단면차의 관계, 관의 재질과의 관계 등을 살펴보고, 이론과 실험에 의한 결과값을 비교 분석 하는 것에 있다.2. Introduction관 마찰 실험 장치는 관수로에 물이 흐를 때 점성에 의한 마찰손실과 국부적으로 발생하는 방향변화에 대한 손실수두를 구하여 관수로 설계시 여러 원인에 대한 손실을 적용하기 위한 실험 장치이다.?마찰계수란?접촉되어 있는 두면의 미끄러짐에 대한 저항을 나타내는 수치. 정지유체에 존재하는 1개 입자에 외력F를 가하면 입자는 외력 방향으로 가속된다. 그러나 점성유체에 의한 마찰 저항력이 맞게 균형 잡혔을 때 입자는 일정한 정상속도v로 운동한다. 레이놀즈수가 적을 때 넓은 뜻의 스토크스(Stokes) 저항법칙에 의해 마찰저항력 F는 v에 비례한다. 그의 비례계수를 마찰계수라 하며, 통상f로 나타낸다. 따라서 마찰계수는 입자의 형태에 따라 변한다.강체상 구형입자에 대한 스토크스의 식이 특히 유명하며 회전타원체나 봉상입자에 대해서도 계산되어 있다. 마찰계수는 침강계수나 확산계수에도 직접관계가 있다. 확산계수에 대한 아인슈타인(Einstein)의 식은 유명하다. 입자의 농도가 증가하면외견상의 마찰계수도 증가하므로 입자고유의 마찰계수를 알기위해서는 적당하게 농도를 0으로 정할 필요가 있다. 또한 두물체의 접촉면에 작용하는 마찰력에 관한 마찰계수는 여기에는 관계하지 않는다.3. Theory유체가 관수로를 통해서 관을 흐를 경우 마찰저항은 유체의 에너지 손실 또는 전 수두의 손실이 일어난다. 운동을 하고 있는 유체의 전 에너지는 운동에너지, 위치에너지, 압력에너지 등의 총합을 나타내며 베루누이(Bernoulli's Equation)에서는 각 위치에서 계산된 전 에너지 값은 모두 일정하다고 정의 한다. 이는 베루누이가 유도한 것으로 에너지방정식은 유체가 이동 중에 에너지 손실이 전혀 없다고 가정한 후 유도 하였으며, 이는 실제에서는 적용하기 어렵다.위에 그림에서 보는 바와 같이 관수로 내에 이동하는 유체의 압력은 단면(1)과 (2)사이를 이동하여 ()만큼의 손실이 발생하며 이를 베르누이 정리에 의해 나타내면 다음과 같다.비 압축성 유체가 흐르는 수평관 에서는 두 단면 사이의 손실은 두 단면 지점에서의 압력차와 같다. 관내에 흐르는 비 압축성 유체의 유동이 난류일 경우에는 손실수두는 실험적으로 관의 길이, 직경, 마찰계수, 속도, 점성계수의 함수를 나타낸다. 관내 흐름에 대한 마찰손실을 계산하는 식으로는 Darcy의 법칙인 다음식이 사용된다.여기서, f: 관마찰 손실계수L: 관의 길이 (m)g: 중력가속도 (9.8m/sec2)U: 해당 관 내의 평균유속(m/sec)D: 관 내경4. Experiment Equipment관 마찰 실험 장치(관경의 종류 4가지)압력 측정 장치유량 측정 장치(부유식 유량계; Rotameter) 실험도구5. Procedure① 실험 장치내의 각 밸브를 잠근 후 펌프를 가동시킨다.② 물이 공급되면 장치 내에 있는 밸브를 열어 공기를 빼내어 기포를 제거한다.③ 압력계에 밸브를 열어 물을 빼내어 준다.④ 관내에 흐르는 유량이 최대한 안정이 되었다고 판단되면 압력과 유량을 측정한다.⑤ 밸브를 이용하여 유량을 변화 시킨 후 수두차를 측정한다.6. Experiment Data유량 별 관경에 따른 1지점과 2지점의 압력 차이는 다음과 같다.-유량관의 외경1지점의 압력2지점의 압력압력차20번관4.3cm325.95179.7146.2522번관3.4cm319.3171.314824번관2.73cm305.7167.9137.926번관2.2cm291163.7127.3 유량경우 측정된 관별 압력-유량관의 외경1지점의 압력2지점의 압력압력차20번관4.3cm314.25177137.2522번관3.4cm307.7170.4137.3624번관2.73cm295.1166.5128.626번관2.2cm280159.4120.6 유량경우 측정된 관별 압력-유량관의 외경1지점의 압력2지점의 압력압력차20번관4.3cm304.1173.2130.922번관3.4cm296.8167.7129.124번관2.73cm284.1164120.126번관2.2cm267.9157.6110.3 유량경우 측정된 관별 압력-유량관의 외경1지점의 압력2지점의 압력압력차20번관4.3cm290.7173.4117.322번관3.4cm284.8165.8118.924번관2.73cm272.6162.8109.826번관2.2cm246.114898.1 유량경우 측정된 관별 압력-유량관의 외경1지점의 압력2지점의 압력압력차20번관4.3cm270.2162108.222번관3.4cm265.8157.3108.624번관2.73cm249149.399.726번관2.2cm231.2140.291 유량경우 측정된 관별 압력7. Discussion1) Friction coefficient is defined as a ratio of shear stress and the product of velocity head and density. Also, friction coefficient is used to find the relations between f and Re with Hagen-poiseuille equation in laminar flow. Then, what is the velocity head in the definition of friction coefficient?⇒Darcy-Weisbach Eqn. 에 의해 정의되는 압력손실수두는 다음과 같이 정의된다.그리고 또한, 압력강하는 관 벽의 전단응력에 의해 정의된다.. 위의 두식을 정리하여 Friction coefficient (f)로 정리하면 다음과같다............(1)또한 Hagen-poiseuille equation in laminar flow에 따르면 Friction coefficient (f)는 레이놀즈넘버(Re)에 반비례하는 다음 관계를 가지고 있다.

공학/기술| 2012.07.17| 9페이지| 2,500원| 조회(328)

확산계수, 수리실험, 마찰계수, 압력강하, 점성계수, 관마찰계수, 마찰저항, 평균유속, 마찰저항력

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