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기계공학실험 - 비틀림 실험
1. 실험 목적
비틀림이란 모터의 축이나 동력장비의 토크관과 같은 구조부재가 종축을 회전시키는 모멘트에 의하여 비틀림 작용을 받는 것을 말한다. 이러한 부재에 대한 강도설계를 할 경우 허용전단응력이 옳게 선정되어야 하며, 비틀림 하중 하의 탄성한도, 항복점 및 탄성계수를 파악함은 중요하다. 이번 실험을 통해 두 가지 다른 재료의 비틀림-변위 특성을 직접 확인하는 것에 그 목적을 두고 있다.
2. 실험 이론
(1)비틀림
위의 그림은 비틀림에 대한 일반적인 예와 비틀림과 함께 전단응력 및 비틀림에 의한 합응력을 보여주고 있다. 렌치 암CD의 끝에 같은 크기의 힘 P를 작용하면 축AB에 걸리는 토크(우력)의 크기는 2Pb이다. 축 AB를 비틀림부재라고 하다. c그림을 보면 축AB는 반대쪽에서 상대적으로 한쪽끝을 비트는 크기 T인 반대방향의 토크를 받고 있다. 그림 d는 단면 A와 B 사이의 단면에 작용하는 토크가 분포되 전단응력을 합한 결과임을 보여주고 있다.
비틀림 실험에서는 우의 그림 첫 번째 두 번째 사진처럼 원형봉을 비틀게 되는데 여기서는 몇가지 가정이 존재한다
-축은 직선으로 남아있게되며 신장되지 않는다
-모든 전단면은 평면이며 축에 대해 수직으로 남게 된다
-단면이 축에 대해 회전할 때 반경방향의 선은 직선으로 남게 되며 반경방향으로 향한다.
(2)응력-변형거동과 전단계수 G
선형탄성 재료거동에서
와 같은 후크의 법칙이 작용한다. 여기서 G는 전단 탄성계수 혹은 전단계수라고 부른다.
이식을 변형률과 변위의 관계를 고려하여 다시 표현하면
로 나타낼수 있다. 이식은 단면에 전단응력분포를 나타낸다. 만약 비틀림봉의 재료가 균일하다면 전단응력은 축중심으로부터 거리가 까지 선형적으로 분포하며 최외곽에서 최대 전단응력을 갖틑다.
여…(생략)
(3)토크-비틀림 방정식
3. 실험 순서
(1) 시편의 재료는 S45C, 지름 6mm, 회전하는 곳의 길이 60mm인 비틀림 시험편을 준비한다.
(2) 표면을 깨끗이 연마한다.
(3) 비틀림 시험기 척에 시편의 양 끝을 고정한다.
(4) 일정각도씩 비틀림을 주면서 걸린 토크를 측정한다.
(5) 파단이 일어나면 즉각 멈춘다.
(6) 데이터를 분석하여 항복강도, 탄성계수, 파단강도등을 구한다.
4. 실험 결과
(1)실험 1
(2)실험 2
5. 고찰
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점도 결과에 많은 영향을 미쳤을 것이다.
그럼에도 불구하고 그래프의 개형을 파악하고 비틀림 실험의 과정을 습득한 것은 성과이다.
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기계공학실험 - 비틀림 실험.hwp
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