[자연과학]실험보고서 - 인장시험

실험 목적
재료의 인장력에 대한 탄성적 성질, 소성변형 저항 및 파단 강도를 측정하는 것을 주된 목적으로 하는 시험을 인장시험(Tensile test)라고 한다. 인장시험은 재료의 강도를 측정하는 가장 기본적인 시험으로 간단한 조작으로 정확한 결과가 얻어진 뿐만 아니라, 인장하중을 걸었을 때 재료에 생기는 변형저항의 상태를 조사해 봄으로써 그 밖의 하중을 걸었을 때의 저항변형도 추측할 수 있기 때문에 널리 사용되고 있다.
철강과 같은 연성재료에 대해서는 인장강도, 항복점, 신율, 단면 수축률을 주철과 같이 취성재료에 대해서는 인장강도를 주로 측정한다.
본 실험에서는 판재시편을 인장시험하여, 그로부터 얻은 하중-변위 선도로부터 재료의 기본특성을 구하는 요령을 터득하는데 중점을 둔다.

1.응력

외력(外力)이 재료에 작용할 때 그 내부에 생기는 저항력. 변형력이라고도 하고 내력(內力)이라고도 한다. 응력은 외력이 증가함에 따라 증가하지만 이에는 한도가 있어서 응력이 그 재료 고유의 한도에 도달하면 외력에 저항할 수 없게 되어 그 재료는 마침내 파괴된다.
응력의 한도가 큰 재료일수록 강한 재료라고 할 수 있으며, 또 외력에 의해 생기는 응력이 그 재료의 한도 응력보다 작을수록 안전하다고 할 수 있다. 그러나 응력의 크기로 재료의 강한 정도를 나타내면 같은 재료라도 단면적이 큰 것일수록 응력의 한도가 커지므로 강한 정도가 다르게 나타나고 또 다른 재료와의 세기를 비교하는 데도 불합리해진다. 따라서 단위면적에 생기는 응력의 크기를 구하면 재료의 단면적이 달라도 일정한 값이 되어 재료의 강도를 알아보는 데 편리하다. 이와 같이 응력을 단위면적에 대한 크기로 나타낼 때 이것을 단위응력 또는 응력도(應力度)라고 한다. 일반적으로 응력이라고 하면 단위응력을 말한다.
이에 대해 단면 전체에 생기는 응력의 합을 전응력(全應力)이라고 하며 …

① 수직응력 : 인장응력 압축응력 등이 있으며 재료의 축(軸) 방향으로 외력 P(〓N)가 작용할 때의 응력은 임의 단면의 전면에 분포되어 생기며 이 단면의 단위면적에 대한 인장력을 인장응력이라고 한다. 또한 외력 P의 작용이 압축일 때는 임의 단면의 단위면적에 대한 압축력을 압축응력이라고 한다.이와 같이 단면에 수직으로 생기는 응력을 통틀어 수직응력이라고 한다.

② 전단응력 : 전단력에 의해 생기는 응력. 외력 P가 극히 작은 미소거리 x 사이에 작용하여 파선과 같은 모양의 변형이 생겨 비기고 있을 때는 재료의 축방향에 직각인 임의의 단면에는 전단응력 가생기므로 그 합력은 전단력 S의 크기와 같아서 S〓P가 된다. 따라서 전단응력 의 분포가 균등하면 전단응력은 〓S/A〓P/A가 된다.

③ 휨응력 : 휨 모멘트(bend-ing moment)가 일어나는 재료에서는 재료의 축 방향과 수직 단면의 어떤 범위에 압축응력이 생기고 동시에 나머지 부분에는 인장응력이 생겨 단면의 상하 끝부분에서 최대 응력이 생기지만 그 경계가 되는 부분에는 응력이 생기지 않는다. 이와 같이 휨 모멘트로 인해 생기는 수직응력을 휨응력이라고 한다. 부호는 휨 모멘트로 인해 단면의 각 부분에 생기는 수직응력의 종류에 따라 +, -를 정한다. 휨응력이 0이 되는 경계선을 중립축이라 하고 중립축과 재료의 축을 포함하는 면을 중립면이라고 한다. 휨응력은 중립축에서 가장 먼 위치에서 +, -로 각기 최대가 된다. 이것을 연응력(緣應力)이라고 한다.

2. 변형률