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4652.5kgf
◇45C의 변위-하중 그래프
◇45C의 스트레인-스트레스 그래프
◇연강의 변위-하중 그래프
◇연강의 스트레인-스트레스 그래프
※연강과 45C의 변위-하중 그래프 비교
○Data처리
:1)하중-신율선도로부터 Stress-strain diagram을 그린다.
a)하중-신율선도: 인장시험에서 하중과 신율과의 관계를 나타내는 선도가 얻어질 수 있다 이 선도로부터 여러 종류의 값을 구할 수 있다.
b)응력-변형율 선도: 하중-신율 선도에서 종축의 하중을 시험편의 단면적 으로 나누면 응력이 되고, 또 횡축의 신율을 기준 길이로 나누면 변형율이 된다. 이와 같이 구한 응력과 변형율로 이루어진 선도를 응력-변형율 선도 라고 하며 하중-신율 선도와 비슷한 선도로 된다.
c)진응력-변형율 선도: 위의 응력-변형율 선도는 항복점을 넘으면 전체가 일정하게 늘어나서 단면적이 변하기 때문에, 겉보기 선도라고 하는 것이 된다. 단면적의 감소를 고려한 응력-변형율 관계를 진응력-변형율 선도라 고도 한다.
2)항복점을 구한다.
-항복점이란?
:인장된 고체 물질이 변형, 즉 영구변형을 시작하는 하중의 크기를 초기 단면적으로 나눈 수치이다. 이는 영구변형이 일어나기 시작하는 고체 내 의 응력과 같다. 탄성한계라고도 불리는 항복점은 탄성변형의 끝인 동시 에 소성변형이 시작되는 영역이다. 항복점보다 작은 응력을 가했다 제거 하면 물체는 원래의 형태로 돌아간다. 여러 물질의 항복점은 명확하지 않 은데, 이들은 항복강도라는 양으로 나타낸다. 항복강도는 물질이 영구변 형을 일으키는 응력의 임의로 정한, 주로 0.2％의 크기이다. 몇몇 물질들 은 매우 명확한 크기의 응력(상부 항복점)에서 소성변형을 일으키기 시작 하는데, 이 응력은 변형이 계속됨에 따라 더 낮은 정상값(하부 항복점)으 로 빠르게 감소한다. 항복점 이상으로 응력을 증가시키면 더 큰 영구변형 이 일어나고 결국에는 파열 된다. 보통 변형력이 작은 동안은 변형은 응 력에 비례하나, 비례한계를 넘어서 응력을 크게 해가면 어떤 값부터는 응 력은 거의 증가하지 않으며 변형만이 증가하는 현상이 일어난다. 이 현상 을 항복이라 한다. 항복의 현상은 연강(軟鋼)과 같은 물질에서는 분명히 나타나지만, 무른 물질에서는 거의 나타나지 않는다.
-> 항복점 = 항복점하중/원래의 단면적
3)인장강도를 구한다.
-인장강도란?
:물질을 끌어당길 때 균열되지 않고 버틸 수 있는 최대하중을 그 물질의 최초 단면적으로 나눈 값을 나타내며, 인장강도는 단위 면적당 힘의 차원 (N/㎡)을 가지며 영국단위계에서는 보통 lb/in2(psi)로 나타낸다. 인장강도 보다 작은 변형력이 제거되면 물체는 원래의 형태와 크기로 완전히 또는 부분적으로 복구된다. 그러나 응력의 크기가 인장강도에 접근하면 연성이 있는 물질일 경우 이미 소성변형을 시작하며 넥(neck)이라고 하는 수축영 역이 형성되고, 그후 그곳에서 파괴가 일어난다.
-> 인장강도 = 최대인장하중/원래의 단면적
4)신율을 구한다.
-신율이란?
:여기서 말하는 신율은 연신율의 줄임말이다. 연신율은 재료가 길이 방향 으로 늘어나는 비율을 의미한다. 연신율은 인장시험을 통하여 계산하게 되 는 데 시험편의 길이 방향으로 두 점을 표시하여 표점거리를 구하고, 시험 편 양끝을 길이 방향으로 당기는 인장력을 작용시켜 시험편이 절단되면, 절 단부의 양끝을 다시 접속시켜 연신 후의 표점거리를 구한 후에 절단 후의 표점거리와 인장시험 전의 표점거리의 차를 인장시험 전의 표점거리로 나 눈 값을 %로 나타낸 것이다. 연신율이 크다는 것은 파괴될 때까지 잘 늘어 나는 성질이 좋다는 것이다. 인성은 다른 힘에 의해서 파괴하기 어려운 성 질을 말한다. 그러면 신율이 낮아서 인성이 부족하다는 것은 힘을 가했을 때 힘을 흡수하면서 늘어나지 않고 곧 파단 된다는 것을 의미하며 파단이 쉽게 되므로 파괴가 잘 된다는 것이다. 즉, 신율이 높으면 인성도 좋은 재 료이다.
->
5)단면 수축율을 구한다.
-단면 수축률이란?
:단면수축률 = {(초기 단면적 - 나중 단면적) / 초기 단면적 } * 100
처음 시편의 단면적과 인장을 받아 늘어난 상태의 시편의 단면적과의 비 를 단면수축률 이라 하며, 또한 인장시험시 시험편의 파괴 직전에 최소 단 면적 A와 원단면적 A0 와의 차를 원단면적 A0 에 대한 백분율로 나타낸 것을 단면 수축률이라 한다.
◎고찰
:이 실험을 통해서 인장이란 무엇인가에 대해서 자세히 알 수 있었다. 우선 원활한 실험 수업이 그것을 가능하게 하였다. 분반을 통한 소수 인원이 실습을 하게 되었는데 시험기를 사용할 때의 주의점을 자세히 알수 있었다. 워낙 고가의 시험기이기 때문에 주의점을 특별히 주지 하여야 했으며, 안전사고도 번번히 일어나기 때문에 특히 손이나 머리를 조심하여야 했다. 시험기를 사용하여 실험 결과를 그래프로 받아 그것을 다시 데이터화 해서 다시 워드 프로그램을 통한 그래프를 그려보는 것은 변위-하중등의 그래프와 그것의 상관관계에 대해서 자세히 알 수 있었고 이해할 수 있었다. 또한 항복점, 인장강도, 신율, 단면 수축율등의 정의와 그것들이 서로의 상관관계로 이루는 그래프등을 이해할 수 있었다. 또한 실험결과로 인하여 시료편의 강도에 따라서 실험결과의 차이도 알 수 있었다. 특히 그래프를 이용하여 더욱 이해하기가 쉬웠다. 전의 경도시험에서의 연관성을 찾아 볼 수도 있었는 데, 시료편을 연강, 45C 이렇게 똑같이 사용하였기 때문에 인장과 경도의 관계도 알 수가 있었다. 또한 시험기로 각각의 시료편을 인장할 때, 파단되는 부분이 각기 달랐는 데, 이것이 시료편의 인장력하고 시험기에 시료편을 끼울때의 오차가 파단면이 차이를 가져온 것 같다. 그리고 인장시험기의 부하 거는 속도를 일정하게 해서 실험을 했는데, 만약 부하 거는 속도를 일정하지 않게 하거나 계속 빠르게 한다면 어떤 결과를 초래할 지도 궁금했다. 인장력이 어느 정도까지 올라간 다음에 다시 천천히 내려가는 그래프의 곡선을 보고 항복점등에 대해 알 수 있었다.
◎참고문헌
:최신재료역학(동명사 출판, 이범성 외)
:기계금속재료시험(반도출판, 저자 소림기굉)