힘과 변형 사이에는 비례부분이 없기 때문에 비례한계가 없다. 훅의 법칙을 응용한 계기로는 용수철저울을 비롯하여 여러 탄성압력계 등이 있다.
한편, 물체에 작용하는 추(하중)에 의해 내부에 생기는 응력(변형력)과 변형과의 관계를 나타내는 선도를 응력변형도선도(應力變形度線圖)라고 한다. 이 선도는 물체의 탄성한계·항복점(降伏點)·극한강도·신장률 등 재료가 가지는 기계적 성질을 조사하는 데 이용된다.
2-2 실습 장치 및 방법
(1) 버니어 캘리퍼스
- 1931년에 프랑스의 수학자인 피에르 버니어는 사용하기 쉽고 정밀하며, 직접 읽을 수 있는 길이 측정기를 만드는데 성공했다. 기본적으로 버니어 캘리퍼스는 2개의 눈금으로 표시 된 쇠자로 되어 있다. 그 하나는 어미자로서, 프레임의 한 쪽 끝에 눈금이 표시되어 있으며, 다른 하나는 프레임을 따라 움직일 수 있는 아들자로서, 슬라이드에 눈금이 표시되어 있다.
-강철의 직경을 측정하는데 사용된다. 본 실험에서 시편의 신장부의 직경을 측정하고, 표점거리50mm를 표시할 때 사용하였다.
(2) 인장 시험기
<인장 시험기>
- 그림은 인장시험기의 원리를 설명한 그림이다. 양쪽의 나사선이 회전 함으로 인하여 이송부가 상하로 움직이는 원리이다. 이송부가 위쪽 방향으로 이동하면 인장, 이송부가 아래쪽 방향으로 이동하면 압축이 된다. 이송부 위에 있는 하중 Cell에서 하중을 제어하고 컴퓨터로 신호를 보내게 된다.
(3) 시편
<인장실험에 사용된 시편>
- 두가지 다른 강도의 시편을 이용하여 인장시험을 실시하였다.
- 공업적인 검사로서 인장시험을 할 때는 KS규격의 시험편을 사용한다. 연구 실험용에는 특수한 형상의 시험편을 사용할 때도 있다. 예를 들어, 탄성률의 정밀측정에는 L/√A(L:표점거리, A:단면적)가 큰 시험편을 사용하는 것이 좋을 것이다. 그런데, 연성재료는 보통 국부적인 소성연신(국부수축, local contraction, necking)을 일으킨 후 파단되므로 단면적이 일정한 시험편에서는 파단연신율((L'-L)/L×100%, L' : 파단시의 표점거리)은 L에 의해 변하고, L이 클수록 연신율은 작아진다. 그러나, L/√A를 일정하게 하면 이들 상사 시험편에서는 대체로 일정한 파단연신을 나타낸다. 이것을 Barba의 법칙이라 한다.
3. 실험 방법
①
표준시편을 준비하여 실제 신장부의 직경을 측정하여 기록하고, 표점거리 50mm를 표시한다.
②
인장시험기에 시편을 설치하고 정확한 표점거리내의 변형을 측정하기 위해extensometer를 설치한다.
③
인장시험기의 하중과 변위, extensometer의 변위를 0점 조정한다.
④
재어 컴퓨터의 프로그래램을 실행시키고 시험을 실행시켜 하중을 조정한다.
⑤
Extensometer의 최대 측정량(2.5mm)에 다다르면 extensometer를 제거하고 시편이 파단 될 때 까지 계속 하중을 가한다.
⑥
파단 후, 시편의 파단부 최소직경을 측정하여 data sheet에 기록하고,
⑦
파단 된 시편을 맞대어 늘어난 후의 표점거리를 측정하여 data sheet에 기록한다.
4. 실험 결과
인장시험 결과보고서
(Tensile test report)
시편종류
직경
(mm)
표점거리
(mm)
항복점
(MPa)
인장강도
(MPa)
연산률
(%)
단면수축률
(%)
탄성계수
(MPa)
흰색
12.5
50
549.02
623.318
16
48.16
211832.7
노란색
12.5
50
632.3625
789
9.2
21.15
181494.5
※시험온도:상온 Group : 2조
(1) 흰색 시편
※ 계산식
①
②
* 최대인장하중 → 7.91ton × 1000 × 9.81 = 77597.1 N
③
*
*
*
④
*
( E는 상수이며 일정, 초기 응력값 = 45.918 )
*
⑤
(2) 노란색 시편
※ 계산식
①
②
* 최대인장하중 → 9.88 ton × 1000 × 9.8 = 96834 N
③
*
*
*
④
*
( E는 상수이며 일정, 초기 응력값 = 24.356 )
*
⑤
5. 분석 및 고찰
- 이번실험은 인장 실험으로 각각의 재료에 대한 탄성률을 알아보고 재료에 대한 각각의 강도를 알아보는 실험이었다. 이 실험의 목적은 재료강도에 대한 자료를 얻음으로써 우리가 사용하는 재료의 강도가 어느 정도 튼튼하고 안전한가를 알아보기 위함을 알아보는 실험이기도 하는 실험이다. 처음 실험에 앞서서는 그냥 각각의 시편을 당기면 끝나는 실험인 줄 알았는데 이 실험을 하면서 많은 용어와 인장에 대한 지식을 습득할 수 있었다. 실험은 조교님께서 보여주시고 우리는 그 실험을 관찰하는 것으로 끝이 났지만 레포트를 작성하는 과정에서 많은 어려움이 있었다. 우선 교님께서 주신 파일분석이 어려웠으며 분석 후 그래프를 그리는 것이 어려웠다. 때문에 나는 먼저 실험을 시행했던 조를 찾아가 물어보고 물어봐서 이번 마지막 실험을 마칠 수 있었다.
- 실험결과를 보면 흰색시편의 항복점은 549.02MPa이 측정 되었으며, 노란색 시편의 항복점은 632.3625MPa로 측정 되었다. 이 결과로 보아 노란색 시편이 흰색 시편보다 힘에 의한 변형이 작고 더 오래 버틸 수 있다는 것을 알 수 있었다. 때문에 노란색 시편을 파단할 때 흰색시편 때보다 파단시 소리가 더 컸음을 알 수 있었다.
6. 오차 발생 이유
- 이번실험에서 오차발생은 버니어 캘리퍼스로 시편의 지름과 시편에 표시하는 표점거리를 측정할 때 생겼을 수가 있다. 측정자가 사람이다 보니 각각의 다른 수치가 나오기 때문이다. 그리고 시편 또한 재료이므로 날씨에 영향을 받을 수 있다 이것으로 인해 약간이겠지만 오차가 발생할 수 잇는 원인이 될 수도 있다.
7. 참 고 자 료
* 기초공학실험 한국해양대학교 <방광현, 조종래, 최형식, 도덕희>
* 신편 재료역학 형설출판사 <김희송, 이춘재, 현동훈>
* http://bint.kr/110003160542 (인장시험)
* http://100.naver.com/100.nhn?docid=358300 (탄성한도)
* http://100.naver.com/100.nhn?docid=174739 (훅의 법칙)