피로시험 실험 레포트

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목차

Ⅰ. 실험 요약 5-7
1.1 실험 목적 5
1.2 이론적 배경 5-6
1.3 실험 장비 7
Ⅱ. 시험 결과 및 비교 그래프 8-10
2.1 실험 결과 계산 8
1). 8
2). 8
3). 8
2.2 멱급수 피팅 8
2.3 9
2.4 실험에서 피로파괴를 일으키는 원인 10

Ⅲ. 고찰 11

Ⅳ. 참고문헌 12

본문내용

6
1.3 실험 장비7
Ⅱ. 시험 결과 및 비교 그래프 8-10
2.1 실험 결과 계산 8
1). 8
2). 8
3). 8
2.2 멱급수 피팅 8
2.3 9
2.4 실험에서 피로파괴를 일으키는 원인 10
Ⅲ. 고찰 11
Ⅳ. 참고문헌 12
참조.
. 5-6
.회전 굴곡 피로 시험기7
.실험 개략도7
.시편7
.메트랩을 통한 멱급수 피팅 결과5-6
.멱급수와 실험 데이터 그래프5-6
1. 실험 요약
1.1 실험 목적:
피로(fatigue)란 반복되는 응력이나 변형률의 영향을 받는 재료의 거동이다. 이번 실험에서는 재료의 피로를 일으키는 조건을 변화시켜 이러한 조건들이 피로파괴에 어떤 영향을 미치게 되는지 알아보기 위해 선도를 그려 학습한다.
1.2 이론적 배경 [1],[2]
1) 이론식
:.....(식1)
:.....(식2)
2) 피로시험의 종류
a) 반복 인장압축 시험 : 시편의 축 방향에 인장 및 압축력을 교대로 가하여 피로파괴를 보는 시험이다.
b) 반복 굽힘 시험
b-1) 왕복 반복 굽힘 시험 : 시편에 왕복 반복력이 작용해 반복 굽힘이 되어 발생 하는 시편의 한쪽 단면의 인장력과 압축력에 따른 파단을 관찰하는 시험이다.
b-2) 회전 반복 굽힘 시험 : 굽힘 하중을 걸고 시편을 회전시키는 반복 시험이다.
c) 반복 비틀림 시험 : 반대 방향으로 반복 비틀림이 생기는 피로 시험으로, 전단응력이 가해진다.
d) 복합 응력 피로시험 : 몇 개의 응력이 복합하여 작용하는 피로 시험이다
3) 피로파괴:
피로파괴란, 시간적으로 변하는 하중에 의해 발생하는 균열이 반복적으로 진행되었을 때 점점 진행하여 파괴에 달하는 현상을 말한다. 일반적으로 파괴까지의 반복횟수는 회 이하를 저 사이클 피로, 그 이상을 고 사이클 피로라고 분류한다. 피로파괴는 정적인 인장강도와 항복응력 보다 매우 낮은 응력에서 발생한다. 따라서, 반복 하중을 장기간 받는 부재를 설계할 때 중요하게 고려해야 한다.
4) 피로한계: [2]
피로한계란, 곡선에서 응력의 진폭을 감소시킬 경우 일정한 응력에 수렴하는 수평부가 나타나는데, 이는 무한회의 반복수를 견디는 응력의 상한계이다. 따라서 지점의 응력 값을 피로한계라고 한다.
1.3 실험 장비
1) 회전 굴곡 피로 시험기
[. 회전 굴곡 피로 시험기]
2) 실험 개략도
[. 실험 개략도]
3) 시편
[. 시편]
2. 실험 결과 및 비교 그래프
2.1 실험 결과 계산
식1, 식2를 사용하여 시편에 가해지는 , 를 구하면 다음과 같다.
1) 20kg
2) 40kg
3) 60kg
따라서 실험 결과를 표로 정리하면 다음과 같다.
추의 개수
하중(kg)
회전수(rev)
Bending Moment
()
Bending Stress
()
1
20
19.62
390.3
2
40
2,523
39.24
780.7
3
60
944
58.86
1171.0
[. , ]
2.2 멱급수 피팅
매트랩을 통한 멱급수 피팅을 하면 결과는 다음과 같다.
[. 메트랩을 통한 멱급수 피팅 결과]
2.3
[. 멱급수와 실험 데이터 그래프]
위의 결과를 바탕으로 를 그리면 다음과 같다. 그래프를 식으로 나타내면 다음과 같다.
위 그래프에 회전수 일 때 반복응력을 찾아보면, 반복응력 이다.
2.4 시험에서 피로파괴를 일으키는 원인
이번 시험에서 피로파괴를 일으키는 원인을 찾아보면 다음과 같다. 첫 번째는 시편에 가해지는 하중이다. 이번 실험은 시편에 가해지는 하중에 따른 을 구하는 시험이다. 따라서 시편에 피로파괴에 가장 큰 원인은 추가 시편에 가하는 인장력이다. 두 번째는 시편에 가해지는 토크이다. 시편은 모터에 의해 회전하고 이에 따라 시편은 전단력을 받는다. 이때 발생하는 전단력이 재료의 피로파괴를 발생시킨다. 마지막은 온도의 영향이다. 시험이 끝난 시편을 관찰하면 시편의 색이 파란색으로 변한 것을 볼 수 있다. 이는 시편이 회전하며 파단하기 전까지 높은 온도로 올라갔음을 알 수 있다. 따라서 피로파괴에 온도 또한 영향을 끼친 것을 알 수 있다.
3. 고찰
하중이 걸려있는 시편을 회전시켜 피로파괴에 이르는 회전수를 알아보는 시험을 진행했다. 실험은 20, 40, 60kg으로 진행했다. , 통해서 재료 가해지는 모멘트와 스트레스를 계산하여 따른 피로파괴에 대해 이해할 수 있었다. 선도를 통하여 시편에 가해지는 응력에 대한 피로파괴의 관계를 알 수 있었다.
시험에서 발생하는 오차의 원인을 찾아보면 다음과 같다.
첫 번째는 실험 표본의 크기가 너무 작기 때문이다. 시험에서 통계값을 결정하기 위해서는 충분한 양의 데이터가 필요하다. 이번 실험은 3개의 하중값에 대한 회전수를 측정했다. 이 경우 하나의 데이터가 오차가 나면 평균에 큰 영향을 끼치고 정확한 실험 값을 얻을 수 없다. 따라서 정확한 데이터를 얻기 위해서는 충분한 실험 데이터가 필요하다.
두 번째는 시편을 고정할 때 생기는 여러 변수이다. 피로시험을 진행하기 위해서 시편을 시험기에 고정할 때 흔들리며 고정됐다. 따라서 시편의 중심과 회전중심이 일치하지 않거나 한쪽 부분이 힘을 많이 받게 되는 상황이 생길 수 있다. 이에 따라 응력집중이 발생하고 원래의 회전수보다 이른 시간에 파단이 일어나 오차의 원인이 된다.
마지막은 시편의 균일성이다. 파단이 일어난 시편을 관찰하면 시편의 중앙 부분에서 떨어진 부분에서 파단이 일어났다. 이는 많은 원인이 있겠지만 시편의 불균일함을 생각할 수 있다. 이론적으로 시편은 균일하지만 시험에서 사용하는 시편은 각 부분 마다 편차가 있다. 따라서 밀도가 낮은 곳부터 먼저 파단이 일어나고, 이는 오차의 원인이 된다.
4. 참고문헌
[1]: 정석환, 피로시험 교안
[2]:A conceptual framework for studies of durability in composite materials . (n.d.). https://www.sciencedirect.com/topics/chemistry/fatigue-limit.
[3]:이선호. \"항복강도 700MPa 급 고강도 철근의 피로특성.\" 국내석사학위논문 영남대학교 대학원, 2018. 경상북도
[Fig 1, 2, 3]: Torsion Test 교안

키워드

기계공학,   기계공학실험,   단국대학교