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[공학] [기계재료] 복합재료(Composite materials) 인장실험 보고서 Down

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[공학] [기계재료] 복합재료(Composite materials) 인장실험 보고서

`실험보고서`

복합재료(Composite materials)



서 론

- Composite materials -

1.개요

복합재료란

두 가지 이상의 재료가 조합되어 물리적화학적으로 서로 다른 상(phase)을 형성하면서 보다 유효한 기능을 발현하는 재료를 말한다.
강화재의 구조에 따라 섬유강화 복합재료(fibrous composite), 입자강화 복합재료(particulate composite)로 구분되고 강화하는 재료(matrix:기지재료)에 따라 고분자복합재료(polymer matrix composite), 금속복합재료(metal matrix composite), 세라믹복합재료(ceramic matrix composite)로 나누어진다.

우주, 항공, 에너지, 건축구조물, 기타 등 다양한 분야에서 견고하고 강한 동시에 가벼운 재료에 대한 요구가 증가해왔으며 더욱 우수한 기능을 가진 재료를 만들고자 하는 욕구는 더욱 커지고 다양해졌으나 어떤 재료도 그를 만족시킬 수 없었는데 이것이 바로 복합재료에 대한 연구, 개발을 촉진시켰다.
복합재료의 정의를 내리기는 상당히 어렵지만 복합재료라 하면 다음의 조건을 만족시켜야 한다.

1) 복합재료는 인공적으로 제조되어야 한다.

2) 복합재료는 계면을 가지고, 물리적이고 화학적으로 뚜렷하게 또는 적당하게 배열되었거나 분포되어진 상들로 구성되어 있다.

3) 복합재료는 분리된 상태에서 각 구성 원소들에 의해 묘사될 수 없는 특징을 가지고 있다.

재료공학분야에서 복합재료는 분명 앞다투어 연구되어질 것이며, 앞으로 더욱 진보된 형태의 복합재료가 많이 개발될 것이다.
그만큼 복합재료는 무게, 강도, 열팽창, 피로저항 등 물리적 특성면에서 기존의 단일체 재료에 비해 우위에 있기 때문이다.

사실, 복합재료는 종류가 매우 다양합니다.
섬유복합재료에서 기지재료, 금속복합재료, 세라믹 복합재료, 고분자 복합재료 등으로 구분 지을 수 있는데 이러한 복합재료의 연구와 개발노력의 80%이상이 1965년 이후에 행해졌다.

복합재료의 특징으로는 단일 소재의 장점을 더욱 향상시키고 단점을 보완할 수 있으며 기존에 실현이 불가능했던 특수한 물성도 얻을 수 있다.
우리는 복합재료 시험편을 인장해 봄으로써 일반 강재보다 얼마나 하중을 견딜 수 있는지 알아본다.

관련이론

인장특성

후크의 법칙 : 결정체에 있어서 원자간의 결합에너지를 스프링으로 나타낼 수 있다.
스프링은 외력을 받으면 변형하게 되고 이때 힘을 제거하면 본래의 상태로 되는데, 결정체의 변형도 스프링의 변형거동과 같다.
이와같이 외력을 제거하면 변형의 상태가 본래의 상태로 되는 현상을 탄성 이라 하고, 이때 일어난 변형을 탄성 변형이라 한다.

응력-변형률 선도상의 각 점은 다음과 같은 특성을 나타낸다.

그림 ) 응력과 변형률

①비례한도(Proportional limit): 응력에 대한 변형률이 일차적인 비례관계를 보이는 최대응력 또는 Hooke`s Law에 의한 직선이 변화하여 곡선으로 변하기 시작하는 점을 말한다.

P = 비례한도 proportional limit

E = 탄성한도 elastic limit

YU = 상항복점 upper yield point

YL= 하항복점 lower yield point

M= 최대점 maximum point

F= 파괴 failure

②탄성한도(Elastic limit): 탄성한도의 결정에는 처음에 비교적 작은 하중을 가하고, 이것을 제거하여도 영구 변형(permanent set)이 남지 않으면 더욱 많은 하중을 가하여 제거한다.
이와 같이 하여 같은 응력을 일정하게 변하고, 변형률 또는 영구변형의 증가가 갑자기 크게 나타나기 시작하는 하중 또는 응력을 측정한다.
즉, 하중을 제거했을 때 변형이 없어지고 완전히 원상회복되는 탄성변형의 최대응력을 탄성 한도라 한다.
정확한 탄성한도를 결정하기 어렵기 때문에, 실제 어떤 정도의 영구변형이 생기는 응력을 탄성한도로 규정하고 있다.
영구변형의 변형률 값으로 0.01~0.03%사이의 값을 채택하는 경우가 많다.

③Modules of elastic (Young`s modules): 변형초기에서부터 비례한도까지 응력과 변형률의 비가 일정하다.
이 일정한 관계를 후크의 법칙(Hook`s law)이라 하고 응력과 변형률 관계를 으로 표시된다.
여기에서 E값을 종탄성계수라 하며 Stress-strain diagram에서 비례한도 이내의 직선부분의 기울기를 의미한다.

그림 항복강도구하기

④항복점(Yield point): 응력은 크게 상항복점과 항복점이 있고, 상항복점이란 탄성한도를 지나면 곡선으로 되면서 응력이 증가하다가 하중을 증가시키지 않아도 변형이 갑자기 커지는 지점을 말한다.
이때 금속 내부에 슬립으로 인하여 소성유동이 생겨 큰 내부 전위를 일으키면서 하항복점이 발생하는데, 하항복점을 지나면 영구변형은 증가한다.
일반적으로 항복점은 하항복점을 의미하고 항복응력(yield stress)은

(: yield stress, P: 힘, A: 면적)

- 상하 항복점이 있는 경우 : 상항복 응력 및 하항복 응력을 각각 계산한다.

- 상하 항복점이 없는 경우 : 항복강도를 계산하는데는 옵셋법, 영구 연신율법 및 온 연신율법이 있으나 0.2% 옵셋법이 가장 널리 사용된다.

⑤0.2% 항복 강도: 항복점이 확실치 않은 재료에서 0.2%의 영구 변형률을 가지는 점을 항복점 대신으로 생각하는데 이것을 0.2% offset 항복강도 또는 내력(0.2% offset yield strength or proof stress)이라고 한다.

-항복응력을 구하는 방법

항복응력은 실제 분명하게 구해지지 않는다.
이러한 재료의 항복 강도를 구하기 위하여 그림과 같이 0.2% 항복강도가 널리 이용 된다.
이것은 0.002의 변형률에 해당하는 점에서 곡선의 탄성의 직선부분에 평행하게 직선을 그리고, 이 직선과 응력-변형률곡선이 만나는 점의 응력이다.
그러므로, 이 항복응력은 0.2%의 소성변형을 일으키는 데 필요한 응력이라 할 수 있다.
비례한도를 지나 큰 변형이 일어날 때에는 오프셋(offset) 방법에 의해 임의의 항복응력을 구할 수 있다.
즉, 응력-변형율 곡선의 최초의 선형부분에 평행한 직선을 그리되 0.002 (0.2%)와 같은 표준 변형율 값만큼 오프셋 시킨 선과의 교점(그림의 A점)을 항복응력으로 정의하며 오프셋 항복응력이라 부른다.

그림3 오프셋 항복응력

⑥단면 수축률: 단면적과 파단 시의 단면적과의 비를 의미한다.
원형단면의 경우 파단 후의 단면이 원형이 아니므로 긴지름과 짧은 지름을 측정하여 단면적을 구한다

= (원단면적 - 파괴 단면적) / 원단면적 × 100

=



⑦인장 강도, 극한 강도(Ultimate strength): 최대 인장 하중을 시험편 평행부의 원단면적으로 나눈 값, 재료의 강도는 단면적에 대한 저항력으… Down



..... (중략)






제목 : [공학] [기계재료] 복합재료(Composite materials) 인장실험 보고서 Down
출처 : 지식114 자료실



[문서정보]

문서분량 : 8 Page
파일종류 : HWP 파일
자료제목 : [공학] [기계재료] 복합재료(Composite materials) 인장실험 보고서
파일이름 : 공학 기계재료 복합재료(Composite materials) 인장실험 보고서.hwp
키워드 : 공학,기계재료,복합재료,Composite,materials,인장실험,보고서


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