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기계공학실험) 인장시험

인장시험 실험결과 보고서1. 실험목적인장시험은 시험편의 양단에서 인장하중을 천천히 가하여 이것이 파단될 때까지 계속해서 줌으로써 얻어지는 응력-변형률 곡선(stress-strain curve)으로부터 재료의 기계적 성질을 측정하는 시험방법이다. 이의 시험은 재료의 기계적 특성치를 얻는 시험방법 중에서 가장 중요하다.시험기에 설치된 시험편에 작용하는 하중이 아주 작은 경우에는 재료에 탄성변형만이 일어나므로, 하중이 제거되면 변형된 부분은 원상태로 돌아간다. 그러나 충분히 큰 하중이 작용하면 영구적인 변형인 소성변형이 일어나게 된다. 탄성-변형률 곡선에서 하중이 제거될 때 원상태로 돌아가는 부분을 탄성영역이라 하며, 영구적인 변형을 하는 부분은 소성영역이라고 한다.2. 표준 인장시험편의 종류 : KS B 0801 5호 시험편3. 시험기 및 시험편 치수(1) 시험기 명칭 : INSTRON MODEL 1350형식 : 유압식 만능재료시험기(universal testing machine)용량 : 10Ton(2) 시험편의 재질 : SS41C(3) 시험편의 치수 : (단위 : mm)25 5590 1002904. 실험방법(1) 시험편에 맞는 물림쇠를 선정한다.(2) 상하 크로스헤드에 물림쇠를 장치한다.(3) 상부 크로스헤드에 붙어있는 레버를 이용하여 시험편의 상단부를 물림쇠에 고정시킨다(4) 전동모터를 구동하는 버튼을 이용하여 하부 크로스헤드를 시험편 하단부의 적당한 위치로 이송을 한다.(5) 펌프스위치를 눌러서 작동시킨다. 다음으로 시험기 전면에 있는 우측 밸브를 서서히 열어 메인램을 20cm정도 상승시킨 후 하중 지시계에 있는 랙봉을 회전하여 지침을 0에 맞춘다.(6) 하부 크로스헤드에 붙어있는 레버를 이용하여 시험편 하단부를 물림쇠에 고정시킨다.(7) 메인램을 서서히 상승시키면서 하부 크로스헤드에 부착된 레버를 잠시 눌러준다(8) 지침이 움직이기 시작하면 눌렀던 레버를 놓고 좌측 밸브를 조절하여 실험속도를 조절한다.(9) 시험이 끝나면 우측 밸브를 잠근다.(10) 메인램력값= 인장강도 = 33.88kg/mm2(4) 연신율 (문헌의 특성치 : 21%이상)8. 실험결과 및 고찰인장시험기를 이용하여 시험편 SS41C의 탄성계수, 항복점, 인장강도, 연신율을 측정해 보았다. 인장 실험을 통해 얻은 Load값과 변화량값을 이용하여 응력과 변형률를 구하고 이를 사용해 응력-변형률 선도를 그려보았다. 응력-변형률 선도가 재료역학에서 배운 변형률선도와 형태가 비슷하여 실험이 잘 됬음을 알수 있었다. 또한 하중-변화량 선도 응력-변형률 선도가 크게 다르지 않다는 것을 처음 알았다. 이는 하중이 증가함에 따라 응력도 비례하여 증가하고 변화량이 증가함에 따라 변형률이 증가하기 때문인 것으로 생각해 볼 수 있겠다.또한 항복점의 오차(9.43%)는 비교적 적게 나왔지만 인장강도(20.33%)와 연신율(32.25%)의 경우 오차가 크게 나온 것을 알수 있다. 이는 항복점의 경우 그래프상의 선도 변화가 뚜렷하게 나온 반면 인장강도는 완만한 곡선을 이루기 때문인 것으로 파악된다. 연신율의 경우도 시편에 표점을 선을 그어 표시 하였는데 인장 시험 후에 표점 선 자체도 시편과 함께 늘어나 버려서 정확한 길이 측정이 어려웠기 때문으로 예측할 수 있다. 하지만 전체적으로 선도도 잘 알아볼 수 있었고 탄성계수, 항복점, 인장강도 등 이론으로만 접하던 것들을 직접 측정하고 계산해 볼수 있어서 만족스러웠던 실험이였다.9. 참고문헌- 국가표준정보포탈서비스(http://www.standard.go.kr/)- 재료역학(James M. Gere, 2004)복합재료성형 실험결과 보고서1. 시험기 및 시험편 치수(1)시험기 명칭, 형식, 용량 : INSTRON MODEL 1350 / 10Ton유압식 만능재료시험기(universal testing machine)(2) 시험편의 재질 : SK USN 150B(3) 시험편의 치수 단위(mm)특성치적층방법폭길이두께비고(장당 두께 0.1)E110도 방향(0?unidirectional)152501.010장 적층E2290도 방향(90 ?u방향의 탄성계수와 인장강도가 높을지는 어느정도 예상했지만 직접 실험해보니 주방향의 경우가 2배 이상의 탄성, 인장강도를 가지고 있었다. 직접 실험해보진 않았지만 위의 결과를 이용하여 섬유를 45도 방향으로 적층하면 어느방향으로나 탄성력이나 인장강도가 좋은 재료를 만들 수 있다고 예상 할 수 있었다.경도시험 실험결과 보고서1. 실험목적경도(hardness)라고 함은 볼(ball) 또는 콘(cone)모양의 소형 압입자를 사용하여 일정한 하중으로 재료의 표면을 가압할 때 재료에 나타나는 국부적인 저항치를 말한다. 재료의 탄성적 및 소성적 저항치는 압입저항, 반발저항, 마모저항 등으로 나타낸다. 경도시험은 재료를 파괴하지 않고도 재료의 강도를 간단히 측정할 수 있기 때문에 실용적으로 가장 널리 이용되고 있는 재료시험법의 하나이다경도는 상대적인 것으로, 특히 경호시험에서는 물체의 저항이 대소, 변형의 종류, 표준물체의 종류, 저항의 측정방법에 따라 여러 가지 종류로 분류되고 있다. 경도시험은 인장시험과 더불어 기계적 시험법 중에서 가장 널리 사용되는 것으로 주로 금속재료에 많이 사용된다최근에 건축을 비롯한 각종 구조물, 내화물, 광물 등에 까지 점차 경도측정문제가 증가되고 있다. 그러나 인장시험에서의 결과보다 정확도가 다소 떨어진다측정방법에는 여러 가지가 있지만 크게 나누면 다음과 같다(a) 압입경도측정 (indentation hardness test) - 브리넬, 록크웰, 비커스 경도계(b) 긋기경도측정 (scratch hardness test)(c) 반발경도측정 (rebound hardness test) - 쇼어 경도계2. 표준 경도시험편의 채취방법시편을 일정한 치수(KS규격 준수)로 자른 뒤, 고운 사포를 이용하여 표면적의 거칠기를 낮춰 매끈하고 상호 평행이 되게 만들어야 한다. 더불어 하중의 영향을 받아 시험편의 표면이 볼록해지는 변형이 일어나지 않을 정도의 두께와 무게를 충족시키는 재료를 선택한다.3. 시험기 및 시험편 치수(1) 시험기 명칭, 형식, 용량 :볼]를 선정하여 압입 홀더(holder)에 끼우고 고정나사로 조인다(3) 아래 표에 따라 추걸이에 하중추를 설치한다시험편압입체하중하중추 장치A scale(초경합금, 견고한 재료)다이아몬드 콘60kgf기본추AB scale(연강)(1/16)“스틸 볼100kgfA+BC scale(열처리강)다이아몬드 콘150kgfA+B+C(4)앤빌(anvil)에 시료를 올려놓는다.(5)하단의 앤빌 상하핸들을 돌려 시편이 압입체에 닫게끔 올려서 초기하중지침이 set point에 올 때까지 돌린다 (이 때가 압입체가 시료에 초기하중 10kg이 가해진 상태이다)(6)다이알 지시계의 베젤(bezel)을 돌려 큰 바늘의 위치에 “set" 이라고 쓴 눈금에 맞춘다. (B scale : 30, C scale : 0 의 위치임)(7)다이알 지시계의 오른쪽에 있는 하중핸들을 시계방향으로 살며시 돌려 시험하중을 가한다(8)게이지 지침이 정지(약 30초 정도 경과 후)하면 하중핸들을 반시계 방향으로 살며시 돌려 처음의 초기하중 상태로 복귀시킨다. 이때 지침이 가리키는 값이 초기하중과 시험하중으로 인한 깊이의 차를 나타내는데 이것이 로크월 경도이다 (B scale; 눈금판의 안쪽, C scale; 눈금판의 바깥쪽; 하나의 눈금은 1/500 mm의 깊이에 해당한다)(9)B-scale로 측정한 경우에는로, C-scale로 측정한 경우에는로 표시한다2) 브린넬경도 측정방법(1) 시험기를 기초대 위에 수평에 맞추어 고정시킨다.(2) 적당한 크기의 시편을 시편고정대 위에 올려놓는다.(3) 하단의 앤빌 상하핸들을 시계방향으로 돌려 강구 누르개를 시료에 접촉시킨다. 다음으로 필요한 하중을 하중추 고리에 얹어 놓는다.(4) 유압밸브 나사를 시계방향으로 죄어서 오일을 실린더 안으로 보낸다. 펌프레버를 상하로 작용시켜서 게이지상의 하중지침이 자정된 하중까지 올라오게 한다.(5) 하중추가 부상하면 30sec 동안 시편에 압력이 가하게끔 기다린다. 다음에 밸브나사를 반시계방향으로 돌려서 하중을 제거한다. 앤빌 상하핸들을 반시와의 비교1) 록크웰 경도시험 (단위 : C)시험횟수Al2026SM40C13267.52316832967.5평균치30.6667.662) 브린넬 경도시험 (단위 : mm)시험횟수SUS3105SM40C15.36.0825.26.135.386.1평균치5.296.093) 쇼어 경도시험 (단위 : mm)시험횟수시편113.8213.8315.5평균치14.366. 압입된 단면의 형상을 입체적으로 도시< 로크웰 / Al2026 >< 로크웰 / SM40C >< 브린넬 / SUS3105 >< 브린넬 / SM40C >7. 실험결과 및 고찰(1) 록크웰 경도시험결과값이 별도의 계산없이 바로 나옴Al2026 : C30.66 / SM40C : C67.66(2) 브린넬 경도시험또는,,D : 강구의 지름(보통 10mm짜리 스틸구를 사용)d : 압입 자국의 지름P : 하중(보통 3,000kg를 사용)- SUS3105- SM40C(3) 쇼어 경도시험결과값이 별도의 계산없이 바로 나옴미지시편의 경도 : 14.36록크웰, 브린넬. 쇼어 경도시험 등 다양한 경도시험기를 이용하여 여러 금속의 경도를 측정해 보았다. 각 시험기 마다 특징이 뚜렸했는데 록크웰의 경우 별도의 계산없이 바로 경도를 측정할수 있어 편했고 브린넬은 압입 자국의 지름을 추가로 측정해야 하는점이 불편했지만 시험방법이 단순했고 쇼어 경도시험기는 휴대용이라는 점이 특이했다.경도 측정기의 정확도를 비교하려면 한가지 금속재료의 경도를 모든 측정기를 이용하여 측정해야 했는데 여건상 그러지 못해 아쉬웠다. 하지만 경도 측정기를 쉽게 접하기 힘든점을 감안하면 경험해 보는 것만으로도 충분히 좋은 경험이 된 것 같다.샤피 충격시험 실험결과 보고서1. 실험목적충격시험의 목적은 충격력에 대한 재료의 충격저항을 시험하는 것으로서 이의 실험으로부터 재료의 인성(toughness)과 취성(brittleness)을 측정한다. 보통 충격시험에서는 팬듀럼해머(pendulum hammer)의 낙하각도 및 중심거리를 측정하여 충격 흡수에너지를 계산하는데 펜듀럼이 자연

공학/기술| 2011.06.14| 15페이지| 1,500원| 조회(559)

기계공학실험, 결과보고서, 인장실험, 시험편, 샤피충격기

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[기계공학실험] 표면장력과 점도 측정

1. 실험 제목유체의 물리적 특성2. 실험 목적물질은 각기 다른 고유의 성질과 특성을 가지고 있다. 이러한 고유한 성질과 특성을 나타내기 위해 다양한 변수를 도입하여 사용하고 있다. 고체, 액체, 기체의 대표적인 물질의 모습을 고려하면서 표면장력 및 점성도에 대해 알아본다.3. 실험 장치표면장력계, 백금링, 점도측정기4. 이론4.1 표면장력유체 내의 밀도의 불연속이 존재하면 그 경계면(불연속면)에 표면장력(表面張力:surface tension)이라는 힘이 발생한다. 중력이나 기타 외력이 무시될 수 있는 상태에서 액체입자는 표면장력 때문에 완전한 구형을 이룬다. 액체 내부에 있는 한 분자를 생각할 때 이 분자는 많은 다른 분자에 의하여 대칭적으로 둘러 쌓이기 때문에 분자상호인력은 평균적으로 모든 방향에서 균일하게 작용되어 평형을 이룬다. 그러나 경계면 근방에 위치하는 분자들에 작용하는 분자 상호인력은, 밀도가 큰 유체의 분자에 의하여 작용되는 인력이 밀도가 작은 유체의 분자에 의하여 작용되는 인력보다 크다. 따라서, 경계면 근방의 액체분자는 밀도가 큰 액체쪽으로 불평현인력을 받게 되어 결국 액체 내에 포텐셜(potential)이 생성된다.이 포텐셜로 인하여 경계면에 위치하는 분자들은 경계면까지 변위시키는데 한 일에 해당하는 포텐셜에너지를 갖게되고, 이 포텐셜에너지로 인하여 경계면에 장력이 발생한다. 이 때 이러한 장력을 표면장력이라 한다.4.2 점도측정장치일상의 경험을 통해서 꿀이 물보다 더 끈적임을 알고 있다. 액체는 용기에 따라 모습이 달라지지만 이 끈적임의 정도(점성)에 따라 모습이 바뀌어 가는 속도가 달라진다. 본 실험에서는 유체의 특성을 나타내는 중요변수 중의 하나인 점성에 대해 공부하고자 한다.4.2.1 점성 (Viscosity)점성이란 액체를 구성하고 있는 요소(이를 분자보다 커다란 물질의 덩어리라고 부르기도 한다)가 상대적인 운동을 할 때 힘과 운동의 관계를 설명하면서 정의한다. 그림 5에서와 같이 액체의 아래면은 고정되고, 윗면은 움직이고 있는 액체 내부에 상대운동이 있으면, 액체는 운동에 저항하는 힘이 작용하여 운동을 견제한다. 액체 내부의 운동을 억제하는 힘의 정도로 그 액체의 끈적임 정도(점성)와 움직임의 정도(유속의 변화정도)에 따라 결정되게 된다.이를 뉴톤(Newton)의 점성법칙이라 부르며,는 유체의 전단력(),는 액체의 점성계수(),는 속도 구배()를 나타낸다. 위와 같은 관계를 보이는 (흐름을 보이는) 액체를 뉴톤유체(Newtonian Fluid)라고 부른다. 전단력(단위 면적당 밀리는 방향의 힘)은 유속 속도의 구배가 클수록, 그리고 액체 물질의 점성도가 클수록 커진다. 즉, 힘이 일정하다면 끈끈한 액체는 속도 차이(구배)가 크지 않는 것이고 속도 차이(구배)가 일정하다면 끈끈한 액체는 이동하는데 더 많은 힘이 필요하다.5. 실험 방법1) 표면장력실험① 먼저 백금링(K) 및 용기(L)를 깨끗이 한다. 백금링은 불꽃 중에서 산화하기 쉬우므로 적당한 세정액 및 증류수로 충분히 세척한다.② 본 기계장치가 수평이 되도록 조절나사(T), (T')로 조절한다. 수평은 용기대(U) 위의 수평조준기를 기준으로 조절한다.③ Dial(G)에서 Vernier(H)의 0점을 주눈금의 0점에 일치시킨다.④ 나사(E)에서 피아노선(A)을 적절하게 긴장시키고, 백금링을 가는 선(J)의 선단에 매단다.⑤ 가는 선의 지침(S)이 거울(R)의 표시선에 일치하도록, Balance weigh(V)를 조절한다. 이 조절의 최종적인 미세조정은 나사(F)를 회전시켜 피아노 선을 적게 꼬이는 상태가 좋은것이고, 이 경우에도 Balance weigh으로 대체의 조정을 하여 두는 상태가 좋다.⑥ 용기 중에 증류수를 8/10정도 넣고, 용기대 위에 놓는다. 액면과 백금링 사이는 약 1~2mm정도 되고, 백금링이 용기의 대량 중앙에 위치하게 둔다. 용기대를 지지팔과 같이 올려 나사(P)로 고정한다. 조절나사(M)에서 용기대를 올려 액면과 백금링을 접촉시킨다. 이 때 백금링이 당겨져 담겨지게 되는데, 지침과 거울의 기준선에서 아래의 경우에는 다시 조절나사를 회전하고, 용기를 올려 지침과 기준선이 일치하도록 한다.⑦ Dial을 천천히 우로 돌리고, 피아노선이 꼬이기 때문에 조절나사를 회전하고, 가는 선의 지침(S)이 거울에 일치할 때, Dial 및 조절나사를 같이 회전시켜 조정하고, 백금이 액면과 떨어지는 순간에 정지시킨다. 그 때 눈금의 지시도를 vernier에 읽어 취한다. Dial 및 조절나사의 회전방향은 가능한한 천천히 일정한 속도로 행하여 준다. 또 이 때의 온도를 온도계로 측정한다.⑧ 이상의 실험에서 피아노선에 관한 한계계수(Y)를 다음식에 의해 구한다.예) 액온 : 20℃증류수 20℃에서의 표면장력치 :눈금읽기의 평균치 : X°측정은 5회 이상 행하고, 이 평균치로써 X와 사용되는 상태에서 사용하여준다.⑨증류수의 표면장력치온도온도온도5℃74.9218℃73.0522℃72.4410℃74.2219℃72.9023℃72.2815℃73.4920℃72.7524℃72.1317℃73.1921℃72.5925℃71.97⑩ 표준액과 사용되는 것은 증류스를 막론하고 표면장력치는 알고있는 것이었다면, 다른 액체에서도 사용할 수 있다.⑪ 상기 표준시험을 종료한 후에 시액의 측정을 동일한 방법에 의해서 행하고, 다음식에 의해 표면장력치를 구한다.표면장력치()=y : 계수X : 눈금 읽기의 평균치(°)2) 점도측정실험① 점도측정기를 전원에 연결한다.② Head부분에 달려있는 스위치를 켜서 작동유무를 확인하고, 눈금을 고정 시키는 바가 작동하는 지도 같이 확인한다.③ 작동유무를 확인후 점도측정기와 결합하는 water bath에 물을 넣어 장착한 후 위 ①,②의 방법대로 작동시켜 calibration한다.④ water bath에 물 대신 측정할 용매를 넣고 위의 순서대로 실험을 진행한다.6. 실험결과1) 표면장력실험① 증류수에서의 실험온도측정기의 눈금표면장력치한계계수(Y)122.7℃79.5˚72.552dyne/cm0.9126222.5℃79˚72.52dyne/cm0.9179322.8℃79˚72.568dyne/cm0.9186한계계수(Y)의 평균값0.9164② 식염수에서의 실험 (Y=0.9164)온도측정기의 눈금표면장력치(Y×x)식염수의 농도123℃57˚52.2348dyne/cm0.9%222.9℃56˚51.3184dyne/cm0.9%322.8℃56˚51.3184dyne/cm0.9%평균값22.9℃56.33˚51.6239dyne/cm0.9%식염수(saline) 표면장력의 이론값 : 68.1 dyne/cm오차율 :2) 점도측정실험① 물의점도측정물, LV 1, 60rpm10초(3회)50초90초평균값3.53.53.53.5단위: mPa×sec점성계수 : 1 × 3.5 = 3.5 (mPa×sec)② 엔진오일의점도측정엔진오일, LV2, 60rpm10초 (3회)50초90초300초평균값26.526.927.52727.032726.7단위: mPa×sec점성계수 : 5 × 27.03 = 135.15 (mPa×sec)실험 점성계수이론 점성계수오차율증류수249%SAE 20 엔진오일-32.43%단위: Pa×sec7. 분석1) 표면장력실험0.9% 식염수의 표면장력 실험에서 이론값과 실험값 사이의 오차율은 -15.38%가 생겨났다. 오차가 생겨난 원인에 대해서 생각해 보면 우선 실험장치의 피아노선에서부터 생각해 볼 수 있다. 여러번에 실험에 의해 피아노선이 마모되거나 또는 물과 식염수를 가지고 하는 실험이므로 피아노 선과 액체의 접촉에 의해 녹이 생겨서 비틀림응력이 정확한 측정치를 제공하지 못하였다고 오차의 원인을 생각해 보았다. 다른 한가지의 원인은 백금링에서 찾아 볼 수 있다. 백금링 또한 여러번의 실험에서 반복적인 충격을 받아 그 모양에 약간의 변형이 있을 수 있다. 백금링이 외부충격에 의한 변형에 의해 약간이라도 구부러져 있다면 액체 표면과 접촉하는 부위가 일정하지 못하여 표면장력을 정확히 측정할 수 없었을 것이다. 세 번째 원인은 이론 테이블을 생각해 볼 수 있다. 우리가 실험에서 사용한 식염수는 농도가 0.9%였다. 하지만 인터넷에서 0.9% 식염수의 표면장력치가 나온 테이블을 쉽게 찾을 수 없었다. 여러군데의 사이트를 검색하고 돌아다닌 결과 가장 일반적인 식염수의 농도가 0.9%라는 것을 보게 되었고 힘들게 찾은 테이블에 나온 식염수의 표면장력치를 가장 일반적인 0.9% 농도의 식염수라고 가정을 하고 그 이론값을 실험값과 비교하였다. 만약 테이블에 나온 이 이론값이 틀린 값이라면 오차의 원인이라 할 수 있을 것이다.

공학/기술| 2009.06.01| 6페이지| 1,500원| 조회(726)

점도측정, 표면장력, 점도

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