자동차 공학 실험 - 응력 해석 실험

자동차 공학 실험 - 응력 해석 실험

1. 실습의 목적

이론적으로 제시한 응력값의 신뢰성을 입증하기 위하여 물체내의 응력분포를 실험적 으로 구하는 경우가 있다. 또 복잡한 구조 형향을 가지고 있거나 여러 하중이 복합적 으로 작용하고 있는 경우에는 응력을 산출하는데 어려움이 있어 실제의 구조물에서 직접 측정함으로써 그 응력상태를 알 수가 있다. 물체가 외력에 의해 탄성변형을 하 고 있는 경우에는 응력과 변형률사이에는 일정한 관계식이 존재하므로 실험적으로 변 형률을 측정하여 응력을 산출하는 방법이 쓰이고 있다. 이러한 실험적 방법으로는 여 러 방법이 있으나 스트레인 게이지를 이용한 방법은 상대적으로 가장 편리하고 사용 이 용이하므로 널리 이용되는 방법이다. 따라서 스트레인 게이지와 휘스톤 브릿지 회 로를 이용하여 굽힘 및 비틀림 하중이 작용하는 외팔보의 주응력 및 방향 그리고 단 순한 굽힘 하중에 대한 수직응력을 결정하는 실험을 실시함으로 정확한 변형량을 측 정할 수 있는 Strain gage에 대해서 사용방법 및 기본적인 이론 습득, 실험하는 데에 목적이 있다.

2. 관련 이론

가…(생략)

1) 기본 구조 - 구조해석 등을 하기 위해서는 응력 측정과 하중측정을 해야 하는데 이때 한 방법으로 스트레인 게이지를 이용하여 측정할 수 있다. 스트레인 게이지 는 측정하는 대상의 변형을 직접 측정할 수 있으며, 이를 전기적인 신호로 바꾸어 우리가 얻고자 하는 변형율이나 응력변화를 알 수가 있다. 여기서 측정할 변형량 은 거의 대부분이 재질의 탄성 영역 부분에서 측정이 이루어지고 있다. 또한 변 형의 방향에 따라 수직 변형과 전단 변형 측정이 있는데, 수직 변형을 측정하는 경우가 대부분이다. 스트레인 게이지는 크게 Strain Sensing Alloys부와 Backing 부, Tab부로 이루어져 있다.

2) Strain Sensing Alloys - 실제적인 변형량을 감지하는 부분으로 여러 가닥의 저 항선으로 구성되어 있어 변형량을 증폭할 수 있도록 되어 있으며, 감지부의 저항 선은 Wire 방식이나 Foil 방식으로 되어있다. 그 재질은 용도에 따라서 Constantan(Ni+Cu), Nichrome(Ni+Cr), Manganin(Ni+Cr+Cu), Karma(Ni+Cr+Al+Fe), Lsaclastic(Ni+Cr+Fe+Mo), 순수 Nickel, Platinum, Soft Iron, Copper등이 있 다. 하지만 가장 보편적으로 쓰는 재질은 니켈, 구리 합금인 Constantan을 많이 쓰고 있으며. 초대 변형율은 6%정도이고 Gage factor는 2.0~2.1정도이다.

3) Backing - Strain Sensing Alloys부의 형상을 유지시켜주고, 측정대상에 접착하 기 용이하도록 하며, 측정물과의 절연 기능을 맡고 있다. 재질은 Polyimide나 Epoxy등이 있으며 두께는 12~50㎛ 정도이다. 또한 이 재질은 감지부의 정항선을 보호할 수 있도록 보호막으로 코팅하는데도 이용하기도 한다.

4) Tab - 터미널부에 결선을 용이하게 할 수 있도록 저항선보다 넓은 면으로 되어 있으며, 이곳에 납땜을 하는 부분이다.