스트레인 게이지에 의한 변형률 및 하중 측정 실험 자료
1. 실험목적
스트레인 게이지를 이용하여 스트레인을 측정하는 기본 계측방법을 습득하고, 스트레인 증폭기에서 얻어진 아날로그 신호를 디지털 신호로 바꾸어, PC로 데이터를 처리하는 방법을 연습한다. 외팔보 계의 구성 및 보정 방법을 이해하고, 외팔보에 걸리는 임의의 하중을 측정하여 데이터를 처리하는 기법을 이해한다. 또한 응력-변형률 관계로부터 탄성계수를 구하는 방법을 확인하며, 관련된 고체역학의 주요 내용을 복습하고자 한다.
- 스트레인 게이지 -
<스트레인 게이지의 종류>
① 전기식 스트레인게이지(electrical strain gage)
구조체가 변형을 일으킬 때에 부착된 스트레인게이지의 전기적 저항이 변하여 이로부터 변형률을 측정하는 것.
② 기계식 스트레인게이지(mechanical strain gage)
두 점 사이의 미소한 거리변화를 기계적으로 측정하여 구조체의 변형률을 측정하는 것.
<스트레인 게이지 사용 시 주의사항>
① 스트레인 게이지의 저항이 스트레인에 따라 정확히 변하도록 설계하는 것.
저항이 0.1V 정도 반응하는데 매우 작은 양의 변화 (0.01V) 정도 변하는 것이라면 측정 할 수 없다. 그러므로 적절한 저항을 사용해야 한다.
② 물체게 스트레인이 정확하게 반영될 수 있도록 게이지를 잘 부착하는 것.
물체가 수직의 봉일때 게이지를 정확히 수직으로 부착하지 않으면 우리가 원하는 값을 얻어낼 수 없다. 힘이 작용하는 방향으로 정확히 붙여야 한다는 말.
2. 실험 내용 및 이론적 배경
(1) 실험 내용
① 스트레인 게이지 부착
② 변형률-출력 관계 규명 (Calibration; 보정)
③ 분동을 이용 하중 가함
④ 측정된 하중-스트레인 값으로 하중-스트레인 관계 구함
⑤ 모멘트에 의한 굽힘 응력 및 응력-변형률 관계를 이용하여 재료의 탄성 계수 계산
(2) 이론적 배경
① 외팔보에서의 평형 방정식
P
y
V M
h
b
x
x
그림 1. 외팔보에서의 자유 물체도
평형 방정식으로부터
그리고
---------- 1)
② 굽힘 모멘트-응력 관계식
---------- 2)
y : 단면 도심에서의 위치
I : 도심에서의 Area Moment of Inertia
③ 응력-변형률 관계식
-------…(생략)
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