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strain 측정 시험 보고서 -지식114자료

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strain 측정 시험 보고서

strain 측정 실험

1. 서론

Strain Gauge를 부착한 시편에 하중을 가하면 시편은 하중에 따라 늘어나거나 줄어들게 되고 Strain Gauge도 시편과 같이 늘어나거나 줄어든다.
이로 인한 Strain Gauge 내의 전선의 길이와 단면적의 변화는 전선의 저항을 변화시킨다.
이 저항의 변화를 측정함으로써 Strain을 측정할 수 있다.
전선에서의 저항은 전선의 단면적에 반비례하고 길이에 비례한다.

2. 목적

스트레인 게이지는 저항체가 변형량에 따라 저항이 변화하는 성질을 이용하여 스트레인을 측정하는 게이지이다.
스트레인 게이지는 교량, 건물, 철근구조 등의 정적구 조물의 응력측정 뿐만 아니라 자동차, 비행기, 터빈과 같이 동적물체의 응력 및 진동 측 정에도 사용된다.
또한 스트레인 게이지는 응력의 측정, load cell, torque metter등의 여러 가지 transducer에도 사용되어 용도가 다양하다.
스트레인게이지와 휘스톤 브릿지 회로는 응력측정 또는 응력해석의 수단으로 가장 보편적으로 널리 이용되고 있다.
그러므로 정확한 변형량을 측정할 수 있는 스트레인 게이지의 원리, 접착법과 사용법을 이해하고 스트레인 게이지를 이용한 재료의 물성치(탄성계수, 포아송의 비 등) 측정법을 습득하는 것이 이 실험의 목적이다.

3. 관련 이론

◎후크의 법칙 (Hooke`s Law)

탄성 한계 내에서 변형률은 응력에 비례한다는 법칙. 어떤 임의의 물체에 하중이 가해지면 어느 한계에 이르기까지는 변형량이 하중에 선형적으로 비례한다는 법칙이다.
응력(Stress)이 σ, 변형률(Strain)이 ε, 탄성계수(Elastic Modulus)가 E로 표시될 때 후크의 법칙을 수식으로 나타내면 아래와 같다.





◎변형률(Strain)

탄성체가 응력을 받을 때 일어나는 크기나 모양의 변화. 단위 길이에 대한 길이의 변화율 또는 단위 부피에 대한 부피 변화율과 같이 단위 없이 사용한다.



◎응력 (Stress)

물체에 작용하는 힘의 세기로 단위면적 당 받는 힘. 힘이 작용하는 면과 힘의 방향에

따라 수직 응력과 전단 응력으로 구분된다.

① 수직응력(normal stress)

- 단면에 수직하게 나타나는 응력. 보통의 응력을 말함



(P:하중 , A:단면적)



② 전단응력(shear stress)

- 단면적과 평행하게 나타나는 응력



(V:전단력 , A:단면적)

인장응력(tensile stress): 재료가 외력을 받아 인장하려고 할 때 이에 대응하여 재료 내에 일어나는 응력

압축응력(compressive stress): 재료가 압축력을 받았을 때 그 단면에 대해서

수직방향으로 생기는 응력

4. 시험 장치 및 시험 방법



◎ 시험장치

·Instron 8516 인장 시험기(10 ton)

·e-DAQ

·Strain gauge

시편 재료 : AH 36 or AH 32





◎ 시험방법



① Strain gauge를 시편에 부착한다.

② 시편을 instron의 지그에 물린다.

③ Strain gauge에 연결된 선들을 DAQ에 연결 시킨다.

④ Instron과 DAQ의 기본 Setting이 끝나면 하중을 단계적으로 가한다.

⑤ DAQ에서 측정되는 Strain값을 이용하여 구한 응력값과 힘과 단면적을

이용한 이론값을 비교해 본다.

5. 시험 결과

Force [kN]

(이론값) [MPa]

(측정값) [MPa]

상대오차

5

19.425%

10

18.984%

15

18.823%

20

18.424%



6. 결과 분석



실험을 통하여 5번의 그래프를 얻을 수 있었습니다.
이렇게 실험을 통해 얻은 값을

측정값 이라고 정하였고, 측정값으로는 5kN, 10kN, 15kN, 20kN일 때 각각의

변형률을 얻을 수 있었습니다.
다음으로는 이 실험이 얼마나 정확하게 실험했는지

확인하기위해 이론값을 구하여 오차가 어느 정도인지 확인해 봤습니다.

이론값을 구할 때 사용공식은 을 이용하여 계산하였습니다.
그리고 측정값을 이용하여 이 공식에 대입하여 측정값 응력을 구하였습니다.

그리고 상대오차 공식을 이용하여 이론값을 참값으로 두고 계산하여 4개의 측정값의 오차를 계산할 수 있었습니다.

실험결과의 마지막 그림은 AH32 or AH 36의 탄성계수입니다.

이러한 값은 WWW.MATWEB.COM 이라는 사이트를 통해 알 수 있었습니다.

7. 오차 원인

오차가 약 19 퍼센트 정도가 각각의 결과에서 발생한 것을 알 수 있습니다.

이러한 오차가 발생한 원인은 생각해 보았습니다.

첫 번째로는 실험 시편 재료의 탄성계수인 것 같습니다.
6번 결과분석에서 언급한 사이트에서 물성치를 찾았지만 AH36에 대한 정확한 물성치 인지는 알 수 없는 것 같습니다.
이유는 AH36 규격을 알 수가 없습니다.
위의 사이트에 나온 것은 A36에 대한 탄성계수 입니다

ASTM(미국재료시험학회)규격에서는 AH36을 A36으로 표기하는 것 같습니다.
이렇게 정확하지 않은 물성치로 계산을 하니 오차가 발생한 것 같습니다.

두 번째로는 시편의 단면적입니다.
단면적을 측정시에 사람이 하므로 기계처럼 정확하게 하지 못하므로 오차가 발생 한 것 같습니다.

세 번째로는 strain gauge를 설치할 때 많은 전선들이 연결 되어 있었습니다.

그때 전선에 있는 저항들이나 전선들의 길이 차이로 인해 전달되는 측정값들에서 오차가 발생한 것 같습니다.

8. 결론

위의 실험을 통해 재료에 힘을 가하면 변형이 일어나는 것을 알 수 있었습니다.

그리고 재료마다 탄성한도가 있어 탄성한도 이내의 힘이 가해졌을 때 그 힘을 제거하면


..... (중략)






제목 : strain 측정 시험 보고서 -지식114자료
출처 : 지식114 자료실



[문서정보]

문서분량 : 10 Page
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키워드 : strain,측정,시험,보고서



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