기계공학실험 - 비틀림시험

1. 실험 목적

비틀림(Torsion)이란 모터의 축이나 동력장비의 토크관과 같은 구조부재가 종축을 회전시키는 모멘트(Moment)에 의하여 비틀림 작용을 받는 것을 말한다. 이러한 경우 강도에 대한 부재를 설계할 때 허용전단응력이 옳게 선정되어야 하며, 비틀림 하중하의 탄성한도(비례한도), 항복점 및 탄성계수를 파악함은 중요하다.

2. 실험 이론

(1) 강성률 G

전단탄성계수(shearing modulus)전단탄성률층밀리기탄성률이라고도 한다. 외부의 힘에 의해서 모양은 변하지만 부피(체적)는 변하지 않는 경우에 모양이 변하는 비율을 나타낸다. 따라서 외부의 힘에 의해서 물체의 모양이 변하기 어려운 정도를 나타내는 것으로, 물질에 따라 고유한 값을 가지며, 이 값이 작은 것일수록 같은 힘에 대해 큰 변형이 나타난다.
일반적으로 금속은 이 값이 큰데, 강철은 8×1xxxdyn/㎠ 정도, 구리는 4×1xxxdyn/㎠ 정도, 알루미늄이나 금은 2.7×1xxxdyn/㎠ 정도이다. 이들에 비해 탄성고무 등과 같은 것은 그 값이 작아서 1×1xxxdyn/㎠ 정도이다

(2) 균일선형 탄성봉에 대한 비틀림 이론

원형 비틀림 부재이거나 또…(생략)

3. 실험 방법

(1) 시험편 준비

① 시험편의 형상을 정확히 측정한다.

② 시험편의 Gauge length를 정하고 시험편 단면 길이 방향으로 선을 긋는다. (이는 시험편의 비틀림 정도를 직접 확인하기 위한 것이다.)

③ 세로로 폴리싱을 해준다.(시험편 가공이 가로로 되어 있기 때문에 전단응력을 가해줄 때 결함이 될 수가 있으므로)

① 육각소켓을 이용하여 시험편을 시험기에 설치한다.

② Input handwheel을 돌려서 시험편이 육각소켓에서 좌우로 흔들리지 않도록 조절한다.

③ 영점을 중앙에 위치하도록 맞춘다.

④ 카운터를 영으로 맞춘다.

⑤ E101 Meter, 다이얼게이지의 영점을 확인한다.

⑥ Input handwheel을 일정각도로 증가시키면서 비틀림각 및 토크를 측정하여 기록한다.

4. 실험 결과

(1) 1차 실험 결과 데이터 (S45C)