[자연과학] 비틀림 시험 보고서

비틀림 시험 1. 실험목적 및 개요 비틀림이란 모터의 축이나 동력장비의 토크관과 같은 구조부재가 종축을 회전시키는 모멘트에 의해 비틀림 작용을 받는 것을 말한다. 비틀림 시험은 비틀림 시편의 한 쪽을 고정하고 다른 한족에 비틀림 모멘트를 가하여 비틀림에 대한 저항력을 전단 저항력으로서 구하는 시험으로서, 비틀림 모멘트를 가하였을 때 시편의 변위는 비틀림 각으로서 나타나며, 비틀림 모멘트-비틀림 각의 관계곡선에 의하여 강성계수, 비틀림 상부 및 하부 항복점, 비틀림 파단계수, 비틀림 파단강도 등의 기계적 성질을 측정. 2. 기초이론 (1) 비틀림 원기둥의 한 끝을 고정시키고 다른 끝의 중심축 둘레에 짝힘(couple)을 가하면 원기둥은 비틀리어 평형을 이룬다. 비틀림의 크기는 원기둥의 반지름이 회전한 각도, 즉 비틀림각으로 나타낸다. 원기둥이 균질·등방일 경우 비틀림각은 고정시킨 끝에서부터의 길이에 비례한다. 즉 원기둥의 길이를 l, 상단에서의 비틀림각을 θ라 하면, 높이가 x인 면에서의 비틀림각은 이다. 평형을 이룬 상태에서 상단면의 중심축 둘레에 작용하는 짝힘모멘트를 비틀림모멘트라고 하는데, 비틀림각은 비틀림모멘트 N에 비례한다. (2) 전단계수 G 선형탄성 재료거동에서 와 같은 후크의 법칙이 작용한다. 여기서 G는 전단탄성계수 혹은 전단계수라고 부른다. 이 식을 변형률과 변위의 관계를 고려하여 다시 표현하면 로 나타낼 수 있다. 이 식은 단면에 전단응력분포를 나타낸다. 만약 비틀림봉의 재료가 균일하다면 전단응력은 축 중심으로부터 거리가 까지 선형적으로 분포하며 최외곽에서 최대 전단응력을 갖는다. 토크는 다음과 같다. 여기서 는 으로써 극관성 모멘트이고 따라서 와 같이 된다. 을 풀면 가 되고 이것을 다시 정리하면 로써 전단계수 G를 구할 수 있다. 3. 실험방법 (1) 비틀림시험판을 프레임에 고정한다. (2) 시편을 삽입하여 고정한다. (3) 시험편 길이를 조정한다. (4) 비틀림 게이지 …
…