Creep

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Creep에 대한 보고서 자료입니다.

목차

Ⅰ. 실험 요약
1.1 실험 목적
1.2 이론적 배경
1.3 실험 장비
Ⅱ. 시험 결과 및 비교 그래프
2.1 시간-변형률 그래프
2.2 2차 그리프 구간 선정 및 최소 Creep 속도 계산
2.3 실험1,2에 대한 그래프
2.4 가공경화지수, 강도계수 계산
2.5 Creep의 활성화 에너지 계산


Ⅲ. 고찰

Ⅳ. 참고문헌

본문내용

200g, 400g의 그래프
1. 실험 요약
실험 목적: 시험을 통해 온도와 하중에 따른 시편의 길이 변화를 측정해 시편의 거동을 이해한다. 가공경화지수와 강도계수, 크리프의 활성화 에너지를 계산하고, Creep의 특성에 대해 이해한다.
1.2 이론적 배경 [1],[2]
. 응력 변형률 선도
크리프란 소재에 일정한 하중을 가한 상태에서 시간에 따라 소재의 변형이 계속되는 현상이다. 크리프는 물체의 파괴를 일으키는 요인이다. 외부로부터 받는 하중의 크기가 안전한 수준이라도 하중이 유지되면 변형이 계속 발생하기 때문에 파괴에 도달한다.
-
2차 크리프 구간에서 를 구할 수 있다. 은 선형성을 가진다. 따라서 온도와 응력 조건이 일정할 때의 시간의 변화량과 변형률의 변화량을 통해 최소 크리프 속도를 구할 수 있다.
-크리프 속도를 결정하는 4가지 요소
. 온도 조건에 따른 크리프 곡선
1) 작용하는 하중 : 하중이 커지면 응력이 증가한다. 따라서 크리프 속도가 증가한다.
2) 재료의 종류 : 탄성이 큰 재료일수록 크리프 속도가 증가한다.
3) 재료의 치수 : 재료의 단면이 작아지면 크리프 속도가 증가한다.
4) 재료의 온도 : 시편의 온도가 높아지면 크리프 속도가 증가한다.
.
-
크리프 거동은 확산에 의해 발생한다. 이는 크리프 활성화 에너지를 계산하여 확인할 수 있다.크리프 활성화 에너지는 다음과 같이 구할 수 있다.
.....(식1)
1.3 실험 장비
1) Creep 실험 장치
[. Creep 실험 장치]
2) 시편
[. 납시편의 규격]
2. 실험 결과 및 비교 그래프
2.1
변형률은 각 데이터의 변형률을 표점거리(18.5mm)로 나눈 값이다. 이에 따라 시간-변형률 그래프를 그리면 다음과 같다.
. 시간-변형률 그래프, 상온 200g
. 시간-변형률 그래프, 상온 400g
. 시간-변형률 그래프, 고온 400g
2.2
2차 크리프 구간은 크리프 속도가 일정한 구간으로 선형성을 보이는 구간이다. 따라서 선형성 회기분석을 통해 각각의 2차 크리프 구간을 선정한다. 회기분석 에서 직선으로 볼 수 있는 결정계수의 값은 이다. 따라서 데이터에서 결정계수가 0.98 이상인 곳의 회기분석 결과는 다음과 같다. [4]
변수
결정계수
t1(s)
t2(s)
기울기
상온, 200g
0.9818
8
696
8.06E-05
상온, 400g
0.9802
4
48
2.606E-03
고온, 200g
0.9821
100
208
1.545E-04
.
회기 분석 결과에서 기울기는 즉 2차 크리프 구간에서의 최소 Creep 속도이다. 따라서 각 시험에서 최소 Creep 속도는 다음과 같다.
상온, 200g:
상온, 400g:
고온, 200g:
각 값을 자연로그 취하면 다음과 같다.
상온, 200g:
상온, 400g:
고온, 200g:
2.3 실험1,2에 대한 그래프
실험에서 시편에 가해진 응력은 하중과 면적을 통해 구할 수 있다. 따라서 추에 따라 시편에 걸리는 응력은 다음과 같다.
200g:
400g:
따라서 각 실험에서 응력값과 최소크립 속도에 로그를 취해 표로 정리하면 다음과 같다.
상온, 200g 하중
-3.2381
-9.42601
상온, 400g 하중
-2.5449
-5.94994
고온, 200g 하중
-3.2381
-7.1234
.
. 200g, 400g의 그래프
ㄴ
2.4 [3]
가공경화지수 을 사용하여 계산할 수 있다. 따라서 각각의 가공경화지수를 계산하면 다음과 같다.
상온, 200g:
상온, 400g:
고온, 200g:
진응력과 진변형률 사이의 관계는 다음과 같다. 따라서 강도계수를 계산하면 다음과 같다.
상온, 200g:
상온, 400g:
고온, 200g:
Creep의 활성화 에너지는 같은 하중, 다른 온도의 실험에서 계산할 수 있다. Creep의 활성화 에너지는 식1을 통해 계산할 수 있다. 실험 데이터는 다음과 같다.
상온, 200g 하중
285.1
-9.42601
고온, 200g 하중
308
-7.1234
.
따라서 활성화 에너지를 계산하면 다음과 같다.
따라서 실험 결과를 정리하여 표로 나타내면 다음과 같다.
상온, 200g 하중
상온, 400g 하중
고온, 200g 하중
최소 크리프속도
8.06E-05
2.606E-03
1.545E-04
가공 경화 지수
0.3435
0.4277
0.4546
강도계수
50.1
127.1
68.4
.
3. 고찰
시험을 통해 하중과 온도에 따른 최소 , , , 에 대해 계산하고, 시편의 creep 거동을 관찰했다. 하중이 커지고 온도가 높을수록 크리프 현상이 빠르게 일어남을 알 수 있다.
시험에서 오차의 원인을 찾으면 다음과 같다.
첫 번째 원인은 비틀림에 대한 문제이다. creep 시험은 인장력이 가해졌을 때 시편을 관찰하는 실험이다. 하지만 재료의 표면 뒤틀림, 고정 장치의 정렬에 따라 비틀림이 발생한다. 얇고 단면이 직사각형인 시편에는 비틀리는 부분에 응력집중이 생기고 비틀림이 큰 영향을 끼쳐 오차가 발생할 수 있다.
두 번째 원인은 전단률 데이터의 불확실성이다. 이론상으로 2차 크리프 구간에서 직선으로 나타난다. 하지만 실험 결과는 직선으로 나타나지 않고 데이터가 이산적으로 나타난다. 따라서 데이터를 직선에 근사하는 과정에서 근사방법, 오차율 설정에 따라 오차가 발생한다.
마지막은 하중을 놓는 과정에서의 충격이다. creep시험에서 추를 놓을 때 조금의 충격이 발생한 후 인장이 시작한다. 이에 따라 시편이 처음부터 인장력을 받지 않고 충격력을 먼저 받아 조금의 변형이 발생하고 인장 과정이 진행됨에 따라 오차가 발생한다.
4. 참고문헌
[1]: 김현중, Creep Test 교안
[2]: 공업재료가공학 5th editon, Serope Kalpakjian.Steven Schmid, 성진미디어, 65
[3]: 공업재료가공학 5th editon, Serope Kalpakjian.Steven Schmid, 성진미디어, 40
[4]:주희정. 2019. \"도막방수재의 장기 온도변화 및 화학침식에 의한 물성변화 연구.\" 국내박사학위논문, 동명대학교 대학원.
[Fig 1, 2, 3, 4]: Creep Test 교안

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기계공학,   기계공학실험,   단국대학교