[재료공학실험]알루미늄 인장 2부

실험 기구 및 장치

1. 실험 재료

① 알루미늄 시편               ② strain guage                    ③ instron 5582

④컴퓨터                              ⑤사포                          ⑥ 접착제

⑦ Bluehill    ⑧ Labview

 

⑨ strainguage : Straingauge는 기계적인 미세한 변화(Strain)을, 전기신호로 해서 검출하는sensor 이다. Straingauge를 기계나 구조물의 표면에 접착해두면, 그 표면에서 생기는 미세한 치수의 변화, 즉 Strain을 측정하는 것이 가능하고, 그 크기로부터 강도나 안전성의 확인을 하는데 중요한 응력을 알 수 있다.

 

⑩ instron 5582 : 5580 시리즈 플로어 모델 시스템은 시험에 사용되는 힘이 600 kN미만인 범위에서 더 큰 시험 공간이 요구되는 경우에 이상적이다. 대형 트윈 컬럼 설계는 향상된 설계를 제공하며 편리한 작동 높이로 조정할 수 있는 베이스 스탠드를 제공한다. 이러한 시스템은 인장, 압축, 굴곡 및 컴포넌트 시험에 적합한 다양한 그립 및 치구를 장착할 수 있다. 추가 액세서리에는 변형 측정을 위한 연신계와 고온 또는 저온 시험을 위한 환경 챔버가 포함된다.

실험 방법

1. 실험 과정

1) 표준규격에 의해 시편을 만들고 두께. 폭, 길이를 측정한다.

2) 시험기와 기타 장비들을 미리 점검해둔다.

3) 스트레인 게이지를 부착한다.

4) 시편을 그립에 고정한 뒤 시편의 규격을 입력한다.

5) 실험을 시작한 뒤 절단부위 확인이 되면 측정값을 프린트 한다.

실험 결과

1. 결과 DATA

위의 그래프에 상항복점, 하항복점, 탄성구간, 극한강도, 네킹구간, 파단점을 표시하면 다음과 같다.

 

2. Elongation(연신율)

위에서 정의한 식을 보면 다음과 같다.

ε = (l-l0)/l0×100% 

원래 길이 l0=125mm, 늘어난 길이 즉 l-l0=9.965579 이므로

ε = 9.965579/125×100% = 7.972%

연신율은 7.972%가 된다.

 

3. young's modulus

young's modulus는 위의 그래프에 나타낸 것처럼 대략 Y=6824X +0.927 으로 볼 수 있으며, 크기는 기울기 값인 6824MPa, 즉, 6.824GPa 로 추정할 수 있다.

 

4. Poisson's ratio(프아송의 비)

Poisson's ratio, 프아송 비의 식은 다음과 같다.

Poisson's ratio = -가로방향변형률/축방향변형률

프아송비는 탄성 영역일 때 변형률을 가지므로 young's modulus를 구할 때 이용한

축방향 변형률	횡방향 변형률	프아송비
0.001023	-0.00024	0.230785
0.001507	-0.00035	0.235435
0.0019	-0.00056	0.292489
0.00232	-0.00057	0.247423
0.002758	-0.00078	0.284244
0.003168	-0.00093	0.293489
0.003561	-0.00105	0.294461

축방향 변형 0.001부터 0.003 사이의 데이터 값을 이용하여 구해 본다. 데이터는 다음과 같으며 구간에서의 평균을 이용하여 프아송 비를 구해보면 0.268332 값을 구할 수 있다.

 

5. 항복강도와 항복점

항복강도는 탄성구간의 가장 큰 힘으로써 파단이 일어나기 직전의 힘을 말하며 그 점을 항복점이라고 한다. 따라서 그래프를 보면 항봉강도는 175MPa 로 추정할 수 있다.

1) 알루미늄 5052 시편과의 결과 값 비교

	극한강도 (Mpa)	E modulus (Gpa)	연신율 (%)	포아송비	항복강도 (Mpa)	항복점
알루미늄 (5052)	230	70	ㆍ	0.33	195	ㆍ
실험값	220	6.824	7.972	0.268	175

6. 오차원인 분석

다른 값들에 비해 E modulus의 오차율이 가장 크게 나타난다. 우리가 얻은 결과값으로부터 구한 그래프에서도 그래프가 매끄럽지 못하고 튀는 구간이 여러 군데 보인다. 오차가 발생하였다는 것을 알 수 있다.

1) 이론값으로 주어진 알루미늄5052와 우리가 사용한 알루미늄이 다를 수 있다.

2) 시편을 instron 5582에 장착할 때 위, 아래 같은 길이를 남겨두고 장착해야 하 며 고정을 시킬 때 미세하게 움직였을 수 있다.

3) 알루미늄 시편 특성상 어디에서 끊어지는지 정확히 알 수 없기 때문에 끊어지는 부위에 따라 결과값이 달라질 수 있다.

7. 오차율

1) 극한강도 : (230-220)/230×100% = 4.348%

2) E modulus : (70-6.824)/70×100% = 90.254%

3) 포아송비 : (0.33-0.268)/0.33×100% = 18.788%

4) 항복강도 : (195-175)/195×100% = 10.256%

8. 오차원인 분석

다른 값들에 비해 E modulus의 오차율이 가장 크게 나타난다. 우리가 얻은 결과값으로부터 구한 그래프에서도 그래프가 매끄럽지 못하고 튀는 구간이 여러 군데 보인다. 오차가 발생하였다는 것을 알 수 있다.

1) 이론값으로 주어진 알루미늄5052와 우리가 사용한 알루미늄이 다를 수 있다.

2) 시편을 instron 5582에 장착할 때 위, 아래 같은 길이를 남겨두고 장착해야 하 며 고정을 시킬 때 미세하게 움직였을 수 있다.

3) 알루미늄 시편 특성상 어디에서 끊어지는지 정확히 알 수 없기 때문에 끊어지는 부위에 따라 결과값이 달라질 수 있다.

토의 사항

1. 실험 고찰

본 실험은 고체역학 내용을 복습하는 실험 이었던 것 같다. 직접 실험을 하진 않았지만 가까이서 실험 내용과 방법을 지켜 봄으로써 이번 실험을 할 수 있었다. 인장실험에서 사용되는 용어와 정의들은 고체역학에서 배웠던 것 들이다. 또한 수업 설명으로만 듣던 Stress와 Strain을 실험을 통해 데이터 값을 이용하여 직접 구해보았다. 또 Stress와 Strain의 관계를 그래프로 나타내는 Stress -Strain 그래프를 직접 구해보고 각각 구간의 용어들(항복점, 인장강도, 변형률, Young's modulus, Poisson's ratio, 연신율)과 의미 그리고 값을 구해 봄으로써 실험을 마무리 할 수 있었다. 

다른 실험들에 비해 이번 실험에서 Young's modulus의 오차율이 크게 나왔는데 오차 발생을 줄이기 위해서는 아주 정교하게 만들어진 시편을 가지고 실험을 해야 하며, 규격에 맞게 간격을 띄어 좋아서 위, 아래 양이 같은 양으로 물리게 실험준비를 해야 할 것이다. 또한 정확한 실험을 위해서는 소음과 진동이 없는 진공상태에서 실험을 해야 오차가 줄어 들것이라고 생각한다.

본 실험을 통해 고체역학 시간에 배웠던 내용들을 복습 할 수 있어서 좋았으며 앞으로 건물설계나 비행기, 자동차등을 설계할 때 고려하는 물성치들의 의미 정리와 기초 실험을 해봄으로써, 나중에도 유용하게 쓰일 것 같아 좋은 실험 이었던 것 같다.

[Engineering/공학실험] - [재료공학실험]알루미늄 인장 1부