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과학논문작성법 스피치(영어 자기소개)

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공학/기술| 2014.02.09| 1페이지| 1,000원| 조회(158)

영어 자기소개, 과학논문작성법 스피치, 과학논문작성법

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좌굴

1. 좌굴의 정의 및 사례▷ 좌굴의 정의축 방향 압축하중이 어떤 값에 이르게 되면 기둥은 더 이상 직선 상태를 유지하지 못하고, 갑자기 보처럼 휘어져 횡방향의 처짐을 일으키게 된다. 이와 같이 축 압축하중에 의해 발생된 횡방향의 처짐을 좌굴이라고 한다. 일반적인 좌굴은 압축의 힘을 받는 부재에 발생하며 인장 부재에서는 발생하지 않는다. 가장 대표적인 압축부재는 기둥과 판이며 이러한 부재들은 주로 압축력이나 휨에 의한 압축응력을 담당하는 부재이다. 통상 좌굴하중현상은 세장비에 의하여 영향을 받는데 이때 세장비란 부재의 단면적과 최소 회전반경과의 비로 정의 되는데 세장비가 클수록 좌굴은 상대적으로 크게 된다. 다시 말해 단면적에 비해 길이가 길수록 좌굴은 더 잘 일어난다. 전단좌굴, 면외 좌굴, 국부좌굴, 면내좌굴, 휨 좌굴 등이 있다. 세장비가 큰 기둥에서는 실험결과와 오일러하중이 잘 일치함을 보인다. 이와같이 압축응력이 비례한도에 이르기 전에 좌굴이 생기는 기둥을 편의상 장주(長柱)라 정의하고 있다. 이와는 달리 지점간의 길이가 짧은 기둥에서는 압축응력이 비례한도를 넘은 후에 좌굴이 생기게 되고 이러한 기둥을 단주(短柱)라고 한다. 좌굴이란 기둥의 길이가 그 횡단면의 치수에 비해 클 때, 기둥의 양단에 압축하중이 가해졌을 경우 하중이 어느 크기에 이르면 기둥이 갑자기 휘는 현상이다. 일종의 자연현상(phenomenons)중의 하나로서 안전 상태에 있던 구조물이 어떠한 영향에 의해서 안정이 깨지는 상태 즉, 불안정한 상태가 되는 것이다. 일반적인 좌굴은 압축의 힘을 받는 부재에 발생하며 인장 부재에서는 발생하지 않는다. 가장 대표적인 압축부재는 기둥과 판(column & plate)이며, 이러한 부재들은 주로 압축력(compression force)이나 휨에 의한 압축응력(compressive stress)을 담당하는 부재이다. 강교량에서 압축력을 받는 부재는 판형교나 상자형교의 압축플랜지가 해당되며, 복부판도 휨에 의해서 압축을 받게 되기도 한다. 압축력에 의한 압축부재의 좌굴과 함께 전단력에 의한 복부판의 전단좌굴이 교량 설계시 반드시 고려해야하는 중요한 좌굴이다.좌굴은 탄성불안정현상(彈性不安定現象)의 일종이며, 변형양식에 ［그림］과 같이 분기점 Q가 있어서, 그 이상의 하중에 대해서는 QQ1,QQ2의 2개의 평형상태가 있으며, 보통 OQ의 연장인 QQ1의 변형양식이 아니고 QQ2와 같은 새로운 변형양식을 취하기 쉽다. 이 분기점 Q에서의 하중을 좌굴하중이라고 한다.좌굴에 의한 파괴의 예가 많으므로 긴 기둥이나 박판구조(薄板構造)를 많이 사용하는 건축물 ·교통 ·차량 ·선박 ·항공기 등의 설계에서는 좌굴문제가 특히 중요시된다. 통상 좌굴현상은 세장비의 의하여 영향을 받는데 이때 세장비란 부재의단면적과 최소 회전 반경과의 비로 정의 되는데 세정비가 클수록 좌굴은 상대적으로 크게 된다. 다시 말해 단면적에 비해 길이가 길수록 좌굴은 더 잘 일어난다.▷임계 하중 (CRITICAL LOAD)? 길고 곧은 부재에 축방향 압축력이 가해지면 하중의 크기가 작은 경우 압축력을 받는 봉과 같이 수축을 하게 되나, 하중의 크기가 어느 값을 초과하면 가로방향으로 휨이 발생하게 된다. 이러한 휨(lateral deflection) 현상을 좌굴(buckling)이라 한다.? 휨 현상이 발생하는 순간의 하중을 임계하중(critical load)이라 하며, 기호를 사용하여 Pcr로 표시하자.? 수직하중 P가 가해지는 경우, 스프링에 발생하는 복원력(restoring force) F = kD 는 두 개의 수평 성분 Px = P tan q로 분력을 나눌 수 있다. 이 힘은 평형 상태의 핀을 밀게 된다. 이때 q 값은 매우 작으므로 D = q(L/2)을 만족시키며 따라서 tan q ?q. 이 결과를 복원력에 적용시키면 F = kqL/2이 되고 기둥을 평형상태에서 벗어나게 하는 힘(disturbing force)는 2Px = 2Pq이다.▷ 좌굴의 사례캐나다 퀘벡의 세인트 로렌스 강을 가로지르는 퀘벡교는 미국에서 가장 뛰어난 교량 설계 자로 추앙받았던 테오도르 쿠퍼에 의해 1917년 완공되었다. 중앙경간 488m로, 현재까지도 가장 긴 경간을 가진 철도교라는 기록은 깨지지 않고 있다.하지만 이 기록을 세우기 위해 96명의 목숨을 앗아간 비극적인 사고가 있었다. 설계자인 쿠퍼는 비용과 피어(교량을 지지하는 기둥 모양의 기초)의 높이를 낮추기 위해 피어를 육지 쪽으로 61m 이동시켰는데, 이것이 세계에서 가장 긴 경간을 가진 교량으로서의 영광과 동시에 비극의 시초가 되었다. 교량이 230m 가량 건설되었던 1907년 당시 피어부의 기둥에서 좌굴 현상이 발생해 85명의 사상자를 낸 1차 사고가 발생한 것. 이어 1916년에는 작업 중 철근이 추락해 11명의 사망자를 낸 2차 사고가 발생하였다. 시공 과정에서 2번의 사고를 통해 완공되었지만, 압축재의 좌굴을 고려해 교량 기술의 발전을 가져왔다는 데에 큰 의미가 있다. 무엇보다 퀘벡교는 ‘강 위에 떠 있는 가장 아름다운 전망대’라는 극찬을 받고 있는데, 이곳에서는 퀘벡의 시내는 물론 멀리 몬트리올까지 한눈에 내려다볼 수 있는 멋진 조망을 가지고 있다. 최근에는 잇따라 발표된 붕괴설로 대대적인 보강 공사가 진행되고 있기도 하다.2. 오일러 좌굴 이론 가정스위스의 과학자인 오일러는 매우 세장한 기둥에 대해서 좌굴에 대한 식을 다음과 같이 제안하였다. 이 식에서 명심해야 되는 것은 매우 세장한 기둥의 하중지지 능력은 길이의 제곱에 반비례한다는 것이다. 이 식에서 재료의 강도는 전혀 포함되어 있지 않다. 짧고 강한 기둥에서, 오일러식의 값은 재료의 강도값 이하가 되어야한다. 실무에서는 위 식과 실험관찰의 결과에 근거한 허용응력 표를 사용하여 설계한다. 이 표는 세장비에 대해 표시한다. 세장비에 대한 가장 쉬운 뜻은 최소두께에 대한 길이의 비로 정의할 수 있다. 이것은 장방형 단면에서 적용된다. 좀더 복잡한 단면 또는 조립단면에 대해서는 길이/두께 비가 사용될 수 없다. 왜냐하면, 다른 변수들이 많기 때문이다. 세장한 정도를 나타내는 척도로서 단면2차모멘트와 단면적을 사용하여 계산된다. 5장에서는 단면2차모멘트가 모든 면적에 중립축까지의 거리의 제곱을 곱해서 계산되었다.3. 식유도양단지지상태1단고정 타단자유양단힌지1단고정 1단힌지양단고정유효길이=좌굴길이이론 임계하중4. 실험 결과 및 그래프▷ 실험 결과실험 1. 양단 힌지 기둥의 좌굴 하중 측정기둥의 번호유효 길이측정 하중이론 좌굴 하중2370283966.1603420322151.3454470103241.002=2 :3 :4 :실험2. 일단힌지 일단고정 기둥의 좌굴 하중 측정기둥의 번호유효 길이측정 하중이론 좌굴 하중*************.2*************.8214450676091.5132 :3 :4 :실험 3. 양단 고정 기둥의 좌굴 하중 측정기둥의 번호유효 길이측정 하중이론 좌굴 하중*************.685*************.8*************95,9402 :3 :4 :5. 고찰 및 결론이번 실험은 재료역학 실험 시 기둥이나 보에서 흔히 일어날 수 있는 좌굴 대한 실험을 하였다. 좌굴실험은 의외로 간단한 장비로 이루어져있었고 실험도 무척이나 간단하여서 정말 이해가 빨리되는 실험 중에 하나였다. 실제로 보(Beam)나 기둥(Pilar)에서의 좌굴은 심각한 요소로 작용할 수 있어서 충분한 실험을 통하여 그 결과 값을 산출해내고 그 실험치를 현장에서 활용하여야겠다. 좌굴실험은 단면에 비하여 길이가 가늘고 긴 봉에 축 압력이 작용할 때 기둥은 굽힘을 받아서 휘게 되는 현상을 말하고 실험은 두 가지 경우를 두어서 편심을 두었을 때 그리고 편심이 없을 때 두 가지에 대하여 측정을 해보게 되었는데 실험 치에서 얻어진 결과는 편심이 있을 때 큰 값의 좌굴 처짐 량을 산출해 냈는데 여기에서 우리가 알 수 있는 사실은 중심에서부터 약간의 편심이 생기더라도 발생되는 편심하중은 좌굴하중 즉, 임계하중을 넘어 버리게 되고 이로 인하여 여러 가지 우리 실생활에서 큰 곤란을 겪게 된다. 그러므로 우리는 안전율에 좌굴의 영향과 편심하중의 영향을 고루 가정하여야겠으며 우리 조는 실험 시에 하중을 가할 때와 하중을 제거할 때로 나누어 측정을 해보았는데 큰 차이를 보이지 않았지만 하중을 제거할 때 더 큰 변화량을 가지게 되었는데 이것은 무슨 현상일까? 란 생각이 들어 결국에는 결론을 내리지는 못했지만 바우싱거 effect의 영향이 아닌가 하는 생각이 들었다. 각 조건에 대하여 길이가 길어질수록 좌굴 하중이 감소함을 볼 수 있으며 양단 힌지의 조건인 경우가 적은 하중으로 좌굴이 가장 빨리 일어남을 확인할 수 있다. 이러한 좌굴 측정을 통하여 길이의 변화와 고정 조건이 좌굴에 미치는 영향을 확인 할 수 있었고 직접 측정한 값이 이론 하중과 비슷함(측정하중이 이론하중 보다 작다, 피로 및 온도의 영향)을 통하여 실험치의 신뢰도를 확인 할 수 있었다. 실험을 할 때 정확한 측정을 하지 못하여 실험 치와 이론치가 크게 차이가 난 이유로는 시편에 문제가 있었다. 실험을 할 때 마다 시편을 바꾸어 준 것이 아니라 전에도 썼던 시편이라 이미 많은 변형을 거쳤던 시편이었고 시험을 시작하기 전에 이미 아주 약간은 휘어져 있었다. 또한 실험 도중의 실수로 몇 번이나 하중을 약간 가한다음 실험을 진행했기 때문에 오차가 크게 발생하였다.

공학/기술| 2009.03.31| 7페이지| 1,500원| 조회(4,002)

좌굴, 오일러, 힌지, 좌굴의 사례

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용접예비

용접결함(Weld Defects)? 용접결함이란?용접부에 발생한 외관상 및 성능상 불만족으로 보이는 각종 결함을 말한다. 현재 용접법의 대부분이 용접재의 유무에 관계없이 접합부를 국부적으로 가열하거나 또는 가압에 의해 크게 변형시키는 방법을 채용하고 있다. 이 결과 용접 이음부는 조성, 조직상 용접금속부, 용접 열에 의해 생성된 열영향부 및 모재 원질부로 구성되므로 재질적으로 불 균일한 양상을 들어낸다.이음성능을 열화 시키는 요인을 용접결함이라고 정의하면 재질적 불균일성도 범주에 들어가지만 이 현상은 용융 용접방법을 채용하는 한 불가피하며 일반적으로는 이 현상 이외의 이음 성능 열화 요인을 용접 결함이라고 한다.? 용접결함의 종류- 변형- 치수상 결함- 치수불량- 형상불량- 기공- 슬래그 섞임용접결함 -- 융합불량- 구조상 결함- 용입불량- 언더컷, 오버랩- 용접균열- 표면결합- 선상조직- 성질상 결함- 기계적 성질 불량- 화학적 성질 불량용접결함적 요기 공응고중 용해도의 감소로 기포화 한 용융금속 중 가스의 미부상에 의한 들뜸. 기계적 성질, 내식성, 기밀성 등의 저하슬랙혼입시공불량에 의한 잔류 슬랙 EH는 생성한 금속화합물 등의 용접금속중으로의 혼입. 기계적 성질 내식성 등의 저하은 점기공, 금속화합물 등의 주위에 집중하는 수소의 석출 취하, 용접금속의 신장, 쥠 등의 연성을 감소. 수소방출에 의해 회복선상조직아크 용접부에 발생. 기둥 상 결정간에 SiO2 등의 금속간 화합물이나, 미소기공을 함유한 상 주상조직. 기계적 성질의 저하용접균열고온균열응고온도범위 또는 그 직후 연성이 부족한 상태에 있는 용접금속 등에 수출력이 작용하였을 때 발생. 일반적으로 입계균열, 입계의 저 융점의 불순물이 주원인(S, P, C, Si, Ni 등)저온균열약 300?C이하에서 발생. 용접부에 침입한 수소, 수출력, 노치부의 응력집중, 용접금속, 열영향부의 경화와 연성저하가 원인균열의 형태종균열, 크레이터 균열, 횡균열, 루우트 균열, 배모양 균열, 유황 균열①비이드 밑 균열②루대한 과대 용입 용입부족 용입부등 너깃부정납접의결함젖음불량이음설계 불량, 플럭스의 부 적정, 가열온도의 부 적정, 납땜부족, 전처리 불량, 이음을 형성하지 않음Void납재의 과열, 발생가스 및 납접중의 산화물 등의 혼입 리크의 원인플럭스혼입플럭스 량의 과다, 납땜부족, 이음 설계불량 납땜/플럭스의 융점 차의 과대, 불균일 과열납땜의 유출납땜온도의 과열, 연소, 가열유지 시간의 과장모재의 균열모재의 과열, 연소, 결정립의 조대화, 용융 납땜의 침투, 과대한 열응력의 발생용접잔류응력국부적인 열이력, 주위의 구속에 의해 발생, 피로강도, 취성파괴 응력, 내식성 등에 악역향1) 치수상 결함① 변형? 홈의 형상: V홈은 X홈보다 크다.? 루트 간격: 클수록 크다.? 용접봉 직경: 클수록 크다.? 용접 충수: 많을수록 크다.? 운봉법: 위이빙하면 크다.② 치수불량 : 용접비드의 높낮이, 각장의 과소, 과대③ 형상불량? 외관형상, 치수불량, 비드불량? 용접전류, 아크길이, 운봉법 등 용접공의 기술부족? 언더컷, 용입불양, 오버랩, 크레이터, 비드파형의 불균일2) 구조상 결함① 슬래그 섞임(Slag inclusion)슬래그 섞임은 일반적으로 수동에 의한 다층 용접, 플럭스 내장 와이어를 사용하는 반자동 및 서브머지드 아크용접과 같이 프럭스가 용융하여 슬래그를 생성하는 용접법에서 일어나기 쉬운 용접결함이지만, 때로는 플럭스를 사용하지 않는 솔리드 와이어 CO2 아크용접법에서도 탈산 생성물로 된 슬래그가 다층 육성 용접금속 내에 남아 슬래그 혼입이 되는 경우도 있다. 슬래그 혼입은 둥근 모양으로 작게 된 것은 용접부의 기계적 성질에 크게 영향을 미치지 않을 수도 있지만, 부적당한 운봉 또는 기량 부족에 따른 형상 불량이 큰 슬래그 혼입의 경우는 용접부의 강도, 연성 등을 약하게 하여 때로는 취성파괴의 원인이 될 수도 있으므로 주의하여야 한다.㉠ 루트부의 슬래그 혼입: 루트부에 슬래그가 혼입된 것으로 방지 대책으로는 넓은 개선 및 루트간격 유지, 적당한 용접봉 지릉 및 전류값 선삭중에 주의 하여야 하며, 언더컷이 발생되지 않게 전류, 속도를 알맞게 한다. 또한 슬래그가 쉽게 제거되도록 용접 토부를 충분히 용융시킨다.㉢ 각 패스내에 슬래그 혼입: 각 패스 경계부가 아닌 패스에 슬래그가 혼입된 것으로 방지대책으로는 위빙폭을 작게 한다. 슬래그가 앞으로 나가지 않게 적정한 운봉각도를 유지하며, 위보기 자세의 용접에서는 과도한 아크 끊음이 되지 않게 한다.② 기공(Blow hole)Blow hole은 구조상 결함으로 용착금속내의 매끈하고 밝은 내면을 갖는다. 용접 중 산소에 의한 (FeO + C = CO + Fe) Co가스 발생으로 이것이 용착강 중에 남아 기공이 되거나, 피복제중의 유기물의 연소, 함유된 습기, 모재면 및 대기 중의 습기로 인한 수소로 발생한다.아래보기에서는 용융금속내의 기포가 부상되기 쉬우나, 위보기에서는 그렇지 못하므로 기공발생이 많아지며, Arc start부도 많이 내포하기 쉽다. 기공을 현저히 함유하는 용접금속은 강도, 연신, 굽힘 연성이 적은 것이 보통이다. 그러나 작은 기공은 인장강도, 연신, 굽힘 각 등에 대해 영향이 없다. 또한 기공은 일종의 노치가 되어 그곳에 응력집중을 일으켜 노치취성을 일으킬 위험이 있고 부식되기 쉽고 기밀성이 나쁘다.㉠ 아크 분위기중 수소, 또는 CO가 너무 많을 때 ? 적당한 봉을 선정.㉡ 용착부가 급랭될 때 ? 위이빙 후열 등에 의해 냉각속도를 늦게 할 것.㉢ 모재중의 유황 량(편석 포함)이 많을 때 ? 저수소계 용접봉을 건조해서 사용한다.㉣ 이음부에 기름, 페인트, 녹 등이 부착되었을 때 ? 이음부의 청소를 충분히 한다.㉤ 아크길이 전류치 등이 부적당 ? 소정의 범위 내에서 약간 길게 아크를 취한다.㉥ 용접봉 또는 이음매에 습기가 있을 때 ? 잘 건조한 용접봉과 모재를 사용한다.③ 융합불량(Lack of fusion)융합불량이란 용접부에 두꺼운 스케일이나 오물 등이 부착되었을 때, 용접홈이 좁을 때, 양재모의 두께 차이가 클 경우 운봉 속도가 일정하지 않을 때 생기는 것으로 다음 길 때, 운봉속도가 너무 빠를 때 생기기 쉽다. 따라서 전류를 적절히 조정하고 아크 길이를 짧게 유지하며 너무 빨리 운봉하지 않도록 하면 된다. 특히 수직자세의 용접을 할 경우는 일정한 속도로 운봉하지 말고, 비드 양 끝에서 약간 멈추는 듯 하게 한다. 특히 크레이터에 용융금속을 채워 놓은 뒤에 운봉에 들어가도록 한다.필릿 용접이음에서는 특히 용접봉의 각도와 운봉 속도에 주의하고, 모재 두께와 홈상태에 따라 용접봉 지름을 선택하여야 한다. 언더컷은 홈이 생긴 만큼 기계적 강도가 부족하게 되고, 또한 노치를 이루어 구조물 사용중에 균열이 발생하기 쉬우므로 주의해야 한다.⑤ 오버랩(Overlap)오버랩은 용융된 금속이 모재와 잘못 녹아 어울리지 못하고 다음 그림에서와 같이 모재면에 덮쳐진 상태를 말한다. 이것의 원인은 언더컷이 생기는 경우와 반대로 용접전류가 너무 약할 때 또는 용접속도가 너무 느릴 때 생기기 쉬우므로 적당한 용접조건과 운봉법에 주의하면 방지할 수 있다. 언더컷이나 오버랩은 외관검사를 통해 발견하면 결함부분을 제거하고 본 용접봉보다 약간 가는 용접봉으로 보수용접 해야 한다.⑥ 용입불량(Lack of penetration)용입불량 용접기술 관리상 중요한 문제가 되는 것으로 용접홈 안의 용접 또는 필릿 용접이음을 할 때 용접전류가 너무 낮아 아크 열이 홈의 및 부분까지 충분하게 용융시키지 못했을 때 생기는 현상으로 용접속도가 부적당 할 때(용접속도가 빠르면 용입부족이 되고, 늦으면 용입이 과대하게 되어 용락이 된다)이다.용접홈이 좁을 때(홈 각도 또는 루트간격이 좁으면 모재 루트부의 용융보다 용접봉 용융이 먼저 되므로 용입 불량이 일어난다.) 또한 용접봉의 선택이 잘못되었을 때 용접봉의 특성을 고려하지 않거나 홈 각도에 적합하지 않는 용접봉 지름을 선택했을 때 용입 불량이 일어나기 쉽다.용입 불량은 외부에서 발견할 수 없는 것으로 이음의 강도가 약하게 되고 특히 이 부분에 반복하중이 작용하면 균열이 일어날 수가 있다. 용입 불량은 홈의 폭과 모양, 류가 높을 때, 운봉속도가 빠를 때 일어난다. 일반적으로 1층 필릿 용접이음에서의 비드 모양은 용접봉의 특성에 따라 저수소계의 용접봉으로 용접한 비드 형상은 볼록모양이 되고, 라임티타니아계는 약간 오목모양으로 된다.목두께 부족은 용접 이음부에서의 기계적인 강도가 떨어지며, 볼록 모양은 용접품질의 미관을 손상시킬 뿐만 아니라 용접봉이 그만큼 손실된다.⑧ 2단비드슬래그가 흘러 내려 비드의 윗부분에 남아 노출된 상태로 된 것을 2단 비드라고 하는데 이것은 용접전류가 과대할 때, 용접봉이 습기가 찰 때, 모제가 녹이 났을 때 일어나기 쉬운 것으로 용접봉의 건조와 모재의 청소가 그 방지 대책이라고 할 수 있다. 2단 비드는 외관상 좋지 않으나 이음부의 강도에는 큰 영향을 미치지 않는다.⑨ 언더필용접부 윗면이나 아래면이 모재의 표면보다 낮게 된 것을 말하는 것으로 이것은 용접사가 충분히 용착금속을 채우지 못했을 때 생기므로 주의하여야 한다.⑩ 스패터링용융금속의 가는 입자가 비산하는 것으로 소위 스패터링이 일어나기 쉬운 것은 슬래그의 점도가 높을 때, 잔류가 과대할 때, 피복제중의 수분, 긴 아크, 운봉각도 부적당, 모재 온도가 낮은 경우에 스패터가 많게 되며, 직류보다 교류 용접쪽이 스패터가 작다.⑪ 아크 스트라이크용접이음의 용융부 밖에서 아크를 발생시킬 때 아크열에 의하여 모재에 결함이 생기는 것으로 때로는 스패터보다 훨씬 더 심한 용접결함이 되어 주위의 모재로 급격히 열을 빼앗겨 급랭되어 단단하고 취약한 구조가 되어 균열의 원인이 된다.아크 스트라이크가 일어난 부위는 쉽게 관찰할 수 있는 것으로 용접부위 안에서만 아크를 일으키면 예방할 수가 있다.⑫ 선상조직선상조직은 아크 용접부 파단면에 생기는 것으로 마치 서리 기둥이 나열된 것과 같이 보이는 조직이다. 이 조직을 현미경으로 관찰하여 보면 극히 미세한 주상점이 선상으로 나열되고, 그 입계 사이에 비금속 개재물과 기공이 존재하는 것으로 일부 용착 금속의 파면에서 볼 수 있는 것으로 선상파면이라고도 한다. 선상조직의 생

공학/기술| 2009.01.19| 9페이지| 1,000원| 조회(567)

용접, 아크, 피복제, 오버랩, 피복제역할, 용접금속

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온도압력 예비결과 보고서

Ⅰ. 온도 측정 실험1. 결과 table(1) 가열실험PT100REFReading(℃)PT100INDReading(Ω)ThermocoupleReading(μV)ThermistorReading(Ω)Liquid-in-Glass(℃)VapourPressure(℃)45118.*************3.750120.291214106148.54855122.14140888553.55360123.*************65125.59185961163.562.570127.322*************29.05224444473.57280130.87246437178.577(2) 시간 응답성 실험종류PT100REFPT100INDThermo-coupleThermistorLiquid inGlasstemp.increase&decrease시작값83.7883.7183.0282.6882.33종료값2222.323.722.7222.86소요시간31.461239.7230.2230.63△temp/Time1.960.506.171.981.942. 결과 Graph (PT100REF Reading값(x축)에 대한 각 센서(y축)의 그래프)1) PT100IND Reading(Ω)2) Thermocouple Reading(μV)3) Thermistor Reading(Ω)4) Liquid-in-Glass (℃)5) Vapour Pressure (℃)▷ 시간 응답성 그래프 그리기3. 실험에 사용한 센서의 종류와 원리1) PT100IND온도에 따라 백금의 저항치가 변하는 원리를 이용한 것으로 현존하는 온도 센서 중 가장 정확도가 높아 -260~630℃ 영역에서는 표준온도센서로 사용된다. 대부분 절연물질이 충진 된 보호관에 넣어 사용하며 정밀한 측정이 요구되는 염색, 화학공업이나 프로세서제어용으로 많이 사용하고 있으나 가격이 다소 비싼 것이 흠이다.2) Thermocouple두 종류 금속선의 접합점 양단에서 발생하는 기전력변화를 이용한 것으로 철강, 발전소, 중화학등 공업용으로 많이 사용되고 있으나 대체로 백금저항온도센서나 복사온도계에 비해 정확도가 떨어진다. 그러나, 열전대는 IPTS(국제실용온도측도)에서 630~1064.43℃ 까지 표준온도측정기로 사용토록 규정되어 있으며 열전대의 백금선과 로듐선에 보호관을 씌워 산화되지 않도록 하여 사용한다.3) Thermistor일반적으로 모든 물질은 온도가 변화함에 따라 전기저항 값이 달라진다.저항기의 저항온도계수도 이 특성을 나타내는 것이다. 저항기에서는 이 수치가 낮을수록 안정된 저항이라고 할 수 있지만 반대로 이 특성을 적극 활용한 부품이 바로 서미스터(Thermistor)이다.서미스터는 금속산화물을 혼합 성형한 후 소결과정을 거쳐서 만드는 부품으로 저항이라기 보다는 반도체 소자에 가까운 부품이다. 하지만 회로 안에서의 전기적인 역할은 분명히 저항이며 온도 센서의 역할을 한다. 서미스터는 세종류로 나눌수 있다.NTC(Negative Temperature Coefficient Thermistor)- 온도가 상승하면 저항값이 감소하는 특성을 갖는 서미스터이다. (부온도특성 서미스터)PTC(Positive Temperature Coefficient Thermistor)- 온도가 상승하면 저항값이 증가하는 특성을 갖는 서미스터이다. (정온도특성 서미스터)CTR(Critical Temperature Resister Thermistor)- NTC와 비슷하지만 온도가 상승하면 특정의 온도 이상에서 저항값이 급격히 감소하는 서미스터이다.이중에서 가장 널리 사용되는 것은 NTC 서미스터이며 컴퓨터의 메인보드에서부터 각종 냉온방기의 온도 센서로 널리 사용된다. 서미스터 소자의 온도 측정 범위는 -50℃ ~ 500℃까지 다양하지만 실제로는 실온 부근의 온도 측정에 가장 많이 사용되며 보다 고온의 온도 측정에는 PT100 측온저항체와 같은, 다른 종류의 온도 센서들이 사용된다.4) Liquid-in-Glass유리관 속에 수은을 봉입한 구조이며, 수은의 응고점이 -38.5℃, 비점은 대기압 하에 356.9℃이므로 보통 -30℃~360℃의 온도 측정이 가능하다. 그러나 불활성 기체를 봉입하면 비등점이 높아져 650℃~750℃까지 측정할 수 있다.5) Vapor pressure압력식온도계는 바이메탈식온도계와 함께 기계식온도계라 칭한다. 압력식온도계의 구조는 감온부(측온부 : 감온관, 접촉부 : Bulb), 모세관(전달부 : Capillary), 지시부(표시부 : Boundon Tube) 3부로 구성되어 있으며, 전체 내부 주입물(액상, 증기상, 기상)을 주입시킨 상태에서 감온부에 피측정물체의 온도가 가해지면 그에 따른 내부 주입물의 열팽창(체적팽창)에 의해 발생하는 압력이 모세관으로 전달 Bourdon Tube로 입력된다.4. 정확도, 정밀도, 응답성, 재현성1) 정확도측정값이 어느 정도 신뢰할 수 있는지를 나타내는 것이다. 과학, 산업, 공업, 통계학 분야에서 재거나 계산된 양이 실제 값과 얼 만큼 가까운지를 나타내는 기준이며, 관측의 정교성이나 균질성과는 무관하다.2) 정밀도정밀도가 높다는 의미는 그만큼 분해능이 높다라는 뜻이다. (즉, 기울기를 측정할때 미세기울어짐을 측정할 수 있다는 의미이다.) 정밀도(precision)는 관측의 균질성을 표시하는 척도이며 관측값의 편차가 적을수록 정밀하다. 정밀도는 관측과정과 우연오차과 밀접한 관계를 가지며, 관측장비와 관측방법에 크게 영향을 받게된다. 여기서 우연오차란 원인이 불명확한 오차이며 최소제곱법에 의한 확률법칙에 의해 추정이 가능하다.3) 응답성센서를 이용하여 어떤 것을 측정할때(예를 들면 온도, 압력, 습도 등) 그 수치들의 변화를 얼마나 빠르게 대응할수 있는 척도이다. 예를 들면 온도 센서일 경우 급속한 온도변화에 얼마나 잘 대응 하느냐가 응답성의 정도이다.4) 재현성반복도(repeatability)로써 이는 3도측정->4도측정->3도측정의 의미를 나타낸것으로 3도측정을 다시하게 되었을때 같은 값을 읽게 되는 정도를 나타내는것 이다. 이역시 토목계측에서는 크게 무시되고 있으나 현실적으로는 굉장히 중요한 수치라고 할 수 있다.Ⅱ 압력측정실험1. 결과 table1) 기압 측정 ( 2008년 10 월 08 일 3시 )기압 측정온도 (℃)부침 눈금 값(hPa)온도 보정량 (hPa)대기압(hPa)2210323.71028.3기상청 자료(10 시 0 분)온도 (℃)압력 (hPa)19.91016.92) 실험결과피스톤 압력(kN/m2)Bourdon gauge 각도압력센서 kN/m2상대압(kPa)절대압 (kPa)상대압절대압 (Pa)0 kN/m20101.690101.6920 kN/m220121.6919120.6940 kN/m237.04138.72738139.6960 kN/m248.89150.578958159.6980kN/m274.07175.764177178.69100 kN/m292.59194.282697198.692. 결과 Graph1) Bourdon gauge 각도2) 압력센서 kN/m23. 실험에 사용된 센서의 종류와 원리1) Bourdon gauge부르돈관의 측정원리는 Linearity Link와 Span Link에서 확대된 변위 즉, 압력계 Link 구조의 선형 변위가 Sector 와 Pinion이 동축으로 연결된 지점의 위치를 변위시켜 눈금판 상에 그 지시치를 판독함으로써, Inlet hole에 가해진 미지의 압력을 구하게 되는 것이다. Hair spring은 압력 소거시 지침이 zero 위치로의 복원을 위한 복원력을 주고 있다.헬리칼형 부르돈관은 끝 단에 거울이 부착되어 있어 압력을 받은 관이 θ 각도만큼 돌아가면 미세전류가 0이 될때까지 광 센서가 움직이고, 이때의량은 기어를 통하여 카운터에서 측정된다. 부르돈관은 저압보다는 고압용 압력계 제작에 사용되며, 장단점 비교는 다음과 같다. 구조가 간단하고 압력범위가 광범위하며 가격이 저렴하다 또 압력스위치로 사용이 가능하고 전기적인 시스템으로 사용이 가능하다 하지만 다른 센서에 비해 크기 때문에 설치공간이 제한적이고 기계적 마찰에 의한 오차가 발생할 수 수 있으며 느린 응답속도를 보이고 히스테리스스 오차를 갖는다.2) Electromechanical 압력센서반도체 스트레인 게이지는 반도체 단결정으로 부터 일반적인 다이야몬드 절단 또는 초음파 절단을 통해,축 길이 1.2∼12 mm, 폭 0.1∼0.125 mm, 두께 0.01∼0.0125 mm의 광축에 대해서 절출시킨 것인다. 즉,게루마늄 및 실리콘 반도체에 존재하는 피에조저항효과를 이용한 벌크 게이지와 실리콘을 적당한 내열성의 베이스 상에 박막상으로 진공 증착시켜 사용하는 2종류가있다. 일반적으로 사용하는 벌크게이지는 현재 IC 제조방법의 진보에 따라 그것과 동일한 방법으로 제조되는 것이며, 열확산에 의한 것임으로 확산형이라고 칭한다.이와 같은 반도체형 스트레인게이지는 저항선을 이용한 스트레인 게이지와 비교할때, 장단점 보면은 장점으로는 게이지율이 50∼70배 정도 높다. 또한 게이지율을 ±값으로 얻을 수 있다.단점으로는 저항 온도계수가 크고, 변형의 폭이 좁으며, 작은 반경의 곡면에 접착시키기가 곤란하다.반도체형 스트레인게이지는 용도에 따라 두가지로 분류한다.① 측정하려는 장소에 게이지를 부착시켜 그 장소의 외력에 의해 발생하는변위를 측정, 그것에 가해진 응력,변형등을 알기 위한 수단으로 사용하는것. 예를들어 중량의 구조물, 기계등의 응력또는 강도를 측정,안정성및 경제성을 고려한 설계시② 기지의 정해진 치수 재료에 부착시켜 힘,하중,압력,가속도,변위 등의물리량을 측정하는 검출단으로서 응용4. 피스톤을 돌리는 이유첫 번째 이유는 실린더 속으로 피스톤이 들어가면서 그 둘 사이에는 마찰이 생기게 된다. 마찰 크기의 정도에는 마찰 계수가 영향을 미치는데 마찰계수에는 정마찰 계수와 동마찰 계수가 있다. 정마찰 계수는 정지해 있는 물체에 힘을 줘서 움직 일때 작용하는 마찰계수고 동마찰 계수는 움직이고 있는 물체에 작용하는 마찰계수이다. 따라서 피스톤을 돌리면서 실린더에 넣게되면 동마찰 계수가 커져서 실린더속으로 쉽게 들어갈 수 있게 된다.

공학/기술| 2009.01.19| 11페이지| 1,500원| 조회(646)

압력, 온도측정, 정밀도, 피스톤돌리는이유, 정확도, 응답성, pt100, 재현성

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엔진성능 실험

1. 공기 표준 otto cycle의 효율이 100%가 안되는 이유?-otto cycle오토 사이클(Otto Cycle)은 스파크 점화식 왕복 동 엔진 (Spark Ignition Reciprocating Engine)의 이상적인 운전개념을 말한다. 증기기관이 본격적으로 보급된 이후인 1860년 경 부터 연료의 연소로 생성된 뜨거운 연소가스를 바로 직접 피스톤?실린더의 팽창에 쓸 수 있을 것이라는 아이디어를 현실화시키는 작업이 널리 퍼졌으며 독일의 오토 (Niklaus A. Otto) 가 1876년에 성공적으로 4-행정 엔진(4-Stroke Engine)을 개발하였다. 그 이후 현재까지 4-행정 스파크 점화기관(4-Stroke Spark Ignition Engine)은 끊임없는 개선이 이루어지면서 우리에게 매우 친숙한 동력변환 장치로 자리 잡고 있다. 4행정이란 피스톤?실린더가 한번 일을 하면서 열역학적 사이클을 완성하기 위해서 크랭크축이 2번 반복하여 왕복하는 것을 뜻한다.-단순 해석을 위한 오토 사이클의 이상화4행정 스파크 점화기관 운전개념의 간단한 해석을 오토 사이클을 통하여 설명한다. 오토 사이클은 공기 표준 가정을 도입하고 연소과정이 매우 짧은 순간에 일어나는 것으로 이상화한다. 실린더 내부의 기체는 압축과정과 흡입과정에서는 연료?공기 혼합물이며 팽창과정과 배기과정에서는 연소공기이지만 이들을 모두 이상기체인 공기로 대체하여 생각한다. 스파크 점화에 의하여 연소가 개시되면 순간적으로 모든 연료가 연소되며, 기체는 체적이 변하기 전에 갑작스럽게 고온이 되는 것으로, 즉 등적과정에서 열이 기체로 전달된 것으로 가정한다.< 이상화된 스파크 점화기관의 운전상태 >오토 사이클에서의 열 방출은 등적상태에서 일어나는 것으로 가정하여 실제기관의 배기 및 흡입과정과 크게 다른 것으로 볼 수도 있다. 그러나 오토 사이클은 이상적 사이클로 열역학적 해석만을 다루는 모형으로서, 시간에 대한 개념이 없다는 것을 상기하면 체적이 일정한 상태에서 열을 외부로 방출할 수 있는 가능성도 쉽게 생각해 낼 수 있다. 즉 팽창행정이 끝나는 하사점에서는 높은 온도의 연소기체가 다시 하사점에서 저온의 새로운 공기로 바뀌었다. 연소기체를 모두 공기로 대체시켜 생각하는 공기표준 개념에서는 단순하게 고온의 공기가 저온의 공기로 되었다는 뜻이다. 이 사이에 실린더 체적은 하사점에서 일정하게 유지되었으므로 등적상태의 열방출로 생각할 수 있다. 또한 압축 및 팽창 과정은 비가역성이 존재하지 않는 등 엔트로피 팽창·압축으로 가정한다. 이렇게 이상화된 사이클의 운전과정을 도식적으로 나타낸 것이 그림 8.12의 P-v 선도와 함께 보여 지고 있다. 여기에서 각 과정은 다음과 같은 단순화과정으로 취급한다.1→2 : 가역·단열(등 엔트로피) 압축2→3 : 등적 열 입력3→4 : 가역·단열(등 엔트로피) 팽창4→1 : 등적 열 방출< 이상화 오토 사이클의 P-v 선도 > < 이상화 오토 사이클의 T-s 선도 >- 오토 사이클의 열효율앞에서 이상화된 오토 사이클의 상태변화과정을 보여주었다. 여기에서 사이클의 열효율을 계산하기 위하여 각 상태 점에서의 물성과 각 과정에서의 열 및 일 출 입량을 계산한다. 이해를 돕기 위하여 체계적인 문제 해결의 도표를 통하여 정리해 본다.이상화된 오토 사이클에 대하여 사이클당 출입 열량과 일을 구하여 효율을 계산하라.1. 시스템 정의피스톤·실린더의 검사질량2. 주어진 정보3. 단순화 과정1→2 : 등엔트로피(단열) 압축2→3 : 등적 열입력3→4 : 등엔트로피(단열) 팽창4→1 : 등적 열방출4. 이상화 가정이상적인 피스톤·실린더냉간 공기 표준 가정(이상기체, 비열 일정)5. 기본법칙 적용단위 질량당 에너지 보존 관계식6. 과정선도- 오토 사이클 열효율에 미치는 요인오토 사이클의 열효율은 상사점과 하사점에서의 체적의 비 (즉 압축비)와 기체의 성질인 비열의 비(比熱-比: Specific Heat Ratio : k)의 함수로 결정된다. 즉이다. 이 관계를 도표로 나타내면 우선 k = 1.4 로 일정하다고 가정할 때 그림 8.14와 같은 경향을 보여준다. 압축비가 높아질수록 효율은 상승한다. 그러나 압축비가 높아질수록 상승하는 비율은 그다지 커지지 않는다. 실제로 쓰이는 가솔린 엔진에서도 이 경향은 그대로 나타난다.< 오토 사이클 열효율과 압축비의 관계 >그러나 보통의 스파크 점화기관에서는 예 혼합된 연료?증기의 혼합기체를 압축하고 있으므로 압축비가 높아지면 공기와 섞여있는 연료가 스파크와 같은 외부에서의 자극이 없어도 자발화 (自發火: Auto-ignition) 하게 된다. 이 자발화가 피스톤이 상사점에 도달하기 전에 일어나면 비교적 커다란 소음을 내고 엔진 출력의 조화를 깨뜨리면서 심한 경우 엔진에 손상을 입힌다. 이것을 엔진 녹크(Knock) 또는 녹킹(Knocking)이라고 부른다. 이 같은 녹 크를 방지하려면 효율의 손해를 보더라도 압축비를 낮게 유지할 수밖에 없다. 흔히 쓰이는 가솔린 엔진의 압축비는 7-10 정도이다.녹크를 일으키지 않게 하는 방법 중에 연료에 첨가물을 투입하는 방법이 있다. 1920 년대로 부터 1980년대 까지 쓰이던 4 에 칠 납은 휘발유의 녹 킹 특성을 감소시킴으로 높은 체적 비에서 엔진을 운전할 수 있었다. 그러나, 납성분이 연소과정에서 납 화합물이 되어 배기가스를 통하여 대기 중으로 방출되어 공해를 일으키게 되었으며, 따라서 더 이상 사용할 수 없도록 금지되고 있다.이상적 오토 사이클의 열효율을 결정하는 또 다른 변수인 비열의 비 k는 물질의 고유한 성질이다. 불활성 기체는 1.667, 산소 및 질소와 같은 2원자 분자 기체들은 1.4, 그리고 이산화탄소는 1.3 등으로 기체의 분자구조가 복잡해질수록 낮아진다. 공기는 대부분이 산소와 질소로 구성되어 있어 비열의 비가 1.4 에 가까우나, 연소기체는 상당한 양의 이산화탄소와 수증기를 포함하고 있으므로 비열의 비는 1.4 보다 낮아진다. 이것도 실제 엔진의 효율이 이상적인 오토 사이클의 효율보다 낮아지는 이유 중의 하나이다.< 오토 사이클의 열효율 - 비열의 비 효과 >- 오토 사이클과 실제 엔진의 차이오토 사이클은 작동물질을 이상기체로 이상화하는 공기 표준 가정을 채택하고 있으나 실제 상황에서의 작동 공기(또는 연소가스)에는 여러가지 이물질이 들어있다. 연료?공기 혼합기체에서는 일반적인 공기의 희소 성분뿐 아니라 연료중 일부는 기화되고 일부는 액체 미립자 상태로 섞여 있다. 연소가 일어난 후에는 산소가 대폭 줄어든 반면 이산화탄소와 수증기가 발생하며 이외에도 일산화탄소, 질소산화물, 또한 각종 미연소 화합물 (탄화수소와 매연을 일으키는 검댕이 등) 등이 섞여 있다. 한편 1700 K 이상의 고온에서는 공기와 기타 연소생성물의 열분해가 일어나서 저온에서는 쉽게 볼 수 없는 열분해 생성물(예를 들어 O, OH, H, NO····)이 나타난다. 이에 따라, 연소생성물의 비열과 기체의 총몰수(몰중량) 등을 포함한 열적 특성이 많이 달라지므로 단순화 가정을 적용하는 것은 커다란 무리가 따른다.또한 오토 사이클에서는 연료가 순간적으로 연소하면서 열을 모두 방출하는 것으로 되어 있으나 실제 기관에서는 비록 1/1000 초 (1 m/sec) 단위의 짧은 시간이기는 하지만 일정시간 동안 연소가 계속된다. 사실, 미연 탄소화합물이 존재한다는 것은 상당기간의 팽창기간을 지나면서도 연소가 완료되지 않았다는 것을 뜻한다.또한 스파크 전진(spark advance), 실린더 벽의 냉각, 불완전 연소, 완벽한 흡?배기의 달성이 곤란한 점 등의 차이점이 존재한다.2. 점화시기 p-V선도p-th선도p-V선도3. p-V선도 그리기a. 주어진 data에 의한 th-P 곡선 과 th-MP 곡선p-th 곡선mp-th 곡선b. th-P data에 th-MP data를 합친다.c. th-P data에서 최소값을 찾아 0으로 보정하고 나머지 data도 최소값을 빼서 보정한다.d. V=fn(th) 공식을 이용하여 th-V 그래프 그리기※ V=fn(th)- λ=r=커넥팅로드의 길이/크랭크축 반지름임으로 >> 커넥팅로드 = 15m 크랭크 축 반지름 = 3mr =15/3= 3V0=0R=0.082e. p-H선도 그리기※ p-V선도를 그리는 의미, 목적실험에서 얻은 P-V 선도는 이론적인 P-V 선도와는 차이를 보이는데, 그 이유를 살펴보면 다음과 같다.1. 실제 기관은 성분이 변화하는 개방 사이클로 작동된다. 유입되는 가스의 구성 성분은 존재하고 있는 것과 다를 뿐만 아니라, 종종 질량 유동율도 같지 않다. 공기의 유입 후에 실린더에 연료가 주입되는 형태의 기관들은 사이클 동안에 가스 구성 부 통로에서 질량의 양이 완전하게 변화한다. 배기에서 기관에서 빠져나오는 가스 상 질량은 유입 과정에서 들어오는 것보다 훨씬 많다.2. 공기-표준 분석은 전체 기관을 통해 흐르는 유체의 유동을 공기로 취급하며, 공기는 이상 기체로 근사 화한다. 실제 기관에서의 유동은 모두 공기일 수도 있고, 기체 상태나 액적 또는 양자가 모두 섞인 연료가 최고 7%까지 혼합된 공기에 가까울 수 있다.기관 사이클에서 모든 유체들이 공기일 때조차도 공기-표준 분석에서 일정한 비열을 가진 이상 기체로 가정함으로써 발생한다. 흡기와 배기에서의 저 압력 에서는 공기를 이상 기체로 정확하게 취급할 수 있지만, 연소 진행 동안은 고 압력이므로 이상 기체와는 매우 다르게 행동할 것이다. 더욱 심각한 오차는 해석할 때 일정한 비열을 가진 것으로 가정하는데서 발생한다. 기체의 비열은 온도에 강하게 의존하므로 기관의 온도 범위에서 30%나 변할 수 있다.3. 공기-표준 해석에서 무시되는 실제 기관의 사이클 동안 열손실이 발생한다. 실제 연소 동안의 열손실은 최대치 온도와 압력을 예측치보다 낮게 한다. 따라서 실제 팽창 행정은 저 압력에서 시작되고, 팽창 행정 동안 출력일은 감소된다. 팽창 행정 동안 열전달이 계속되며, 이것은 팽창 행정의 끝으로 가면서 이상적인 등 엔트로피 과정 아래로 압력과 온도가 더욱 낮아진다. 열전달은 역시 압축 행정 도안 나타나며, 이것은 등 엔트로피 과정으로부터 벗어나게 한다. 그러나 이 시기에 열전달은 상대적으로 낮은 온도하의 팽창 행정 동안보다도 적다.

공학/기술| 2009.01.19| 11페이지| 2,000원| 조회(1,104)

엔진성능, 오토사이클, 효율, 점화, 전부하, 부분부하, 실제사이클, 공기표준

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