[자연과학] 정밀측정 - 인장실험 보고서

1. 실험목적

인장시험은 재료강도에 관한 기초적인 자료를 얻을 목적으로 수행되는 공업시험 중에서 가장 기본적인 시험으로, 보통 환봉이나 판 등의 평행부를 갖는 시험편으로 축방향으로 인장하중을 가해 하중과 변형을 측정한다. 보통 이로부터 측정할 수 있는 값은 연성재료와 취성재료가 다르며, 연성재료에서는 인장강도, 항복점, 연신율 및 단면수축률 등을 구하고, 취성재료에서는 인장강도와 연신율을 주로 구하게 된다. 또한 그 외에 인장시험에 의해 측정될 수 있는 재료의 기계적 성질로서는 비례한도, 탄성한도, 탄성계수 포와송비 등이 있다.

2. 이론 및 계산식

응력-변형률 선도(Stress-Strain diagram)

(1) 공칭응력-공칭변형률 선도 (Engineering stress-engineering strain curve): 그림 3.1(a)의 OABCDE곡선이공칭응력-공칭변형률 곡선이다. 시편의 초기 단면적과 초기 표점거리를 기준으로 계산된 응력과 변형률로서 변형이 커지면서 시편의 단면적이 줄어드는 것을 반영하지 못하는 단점이 있으나 대부분 공학적 목적에서는 항복 이내의 범위에서 설계를 하기 때문에 공칭응력, 공칭변형률을 사용해도 문제가 없다.

E…(생략)

(2) 진응력-진변형률 선도 (True stress-true strain curve): 그림 3.1(a)의 OABCE’ 곡선으로 나타나 있으며, 실제 단면적을 기준으로 계산되는 응력과 변형률을 이용해 그리는 선도이다. 재료가 인장되면서 단면적이 줄어들어 가해지는 하중이 줄어들더라도, 계속되는 가공경화로 인해 응력은 증가하는 경향을 보인다. 항복이후의 재료의 거동이 관심대상을 경우 반드시 진응력-진변형률 곡선을 사용하여야 한다.

(3) 탄성한도 (Elastic limit): 그림3.1(a)의 A점이 탄성한도이다. 하중을 제거하였을 때 변형이 0이 되는 응력의 상한. 통상 잔류변형이 0.03%~0.005%가 되는 때의 응력을 나타낸다.

(4) 비례한도 (proportional limit): Hook의 법칙이 성립되는 응력의 상한치로 측정정도에 의 존하나 일반적으로 탄성한도와 같다고 본다.

(5) 항복강도 (Yield stress) : 그림3.1(a)의 B점을 항복점이라 하고 이때 응력을 항복강도라 한다. 영구신장을 일으키는 하중을 원단면적으로 나눈 값. 특 별한 규정이 없을 때에는 그림3.1(b)와 같이 영구신장률 0.2% 일 때의 하중을 기준으로 한다.

(6) 인장강도 (Tensile stress): 최대 인장하중을 원 단면적으로 나눈 값을 말한다. 즉 공칭응 력의 최대점, 그림3.1(a)의 D점의 응력이 인장강도이다.

(7) 연신율 (Elongation): 시험편 파단후의 영구 연신율을 말한다.

(8) 단면수축률 (Contraction of area): 파단 후 최소 단면적과 시편의 원래 단면적의 백분율 을 말한다.

(9) 탄성계수 (Modulus of elasticity): 탄성영역에서의 응력과 변형률사이의 비례상수로서

그림3.1(a)의 선형구간의 기울기로 계산 할 수 있다.

① 인장 시험기

② 버니어 캘리퍼스