인장 실험

<인장 실험 결과 보고서>

1.실험제목

 

인장실험

 

2.실험목표

 

 어떠한 재료의 기계적 성질(인장강도, 항복점, 탄성계수, 파단강도 등)을 측정하는 것을 목표로 한다. 이를 위해 그 재료의 시험편에 파단 될 때까지 인장 하중을 가하고 응력과 변형간의 관계를 실험을 통해 얻은 데이터를 이용해 그래프로 나타낸다.

 

3.실험과정

 

 너비 10.5mm, 두께 0.5mm인 알루미늄 시편을 2개 준비한다. 인장 시험기에 아무런 힘이 걸려 있지 않아도 하중이 나타나 있는 경우 영점을 맞추고 시험을 시작한다. 인장시험기의 상단 집게 부를 충분히 올려 고정 장치를 손으로 잡고 시편을 끼운 후 천천히 내린다. 마찬가지로 시편의 아래 부분을 하단 집게 부에 고정 장치를 이용해 고정시킨다. 이후 상단 부를 5mm/min 의 속력으로 들어 올리며 데이터 변화를 관찰한다. 시편이 파단하면 시험편을 꺼내고 같은 과정을 한번 더 반복한다.   

4.고찰

 

수정하기 전

원래 그래프는 E값이 하나만 나와야 하지만 초기 데이터로 그래프를 그리면 위와 같이 2개가 나온다. 첫 번째 E는 탄성계수가 아닌, 기계가 시편을 잡아 가는 과정으로 보아야한다. 위로 올라갈수록 톱니가 점점 더 맞물려 기계가 가하는 힘이 온전히 시편으로 간다는 것을 짐작할 수 있다. 그러다 고정이 된 순간부터 정확한 응력이 가해진 것이다. 따라서 꺾이는 지점 이전까지의 데이터를 삭제하고 새로운 그래프를 그려야 했다. 이는 시편이 얇아서 기계가 제대로 잡고 있지 못해서 생겨난 결과이다. 따라서 시험 초기의 데이터를 정확히 관찰할 수 없었다.

 또한 비례한도는 그래프를 해석하는 사람마다 각기 다른 값이 나온다. 어느 점까지 선형적이라고 말할 수 있는지를 알 수 있는 명확한 척도가 없기 때문이다. 앞서 실험 결과에 적은 비례한도 역시 눈대중으로 맞추어서 신빙성이 떨어진다. 이로 인해 같은 시편을 당겼음에도 다른 항복점 결과가 도출되었다.

 이렇게 임의로 짐작한 비례한도까지의 응력-변형률 선도에 추세선을 그려보면 곡선이 나온다. 겉으로는 직선 같지만 네킹현상(시료 전체가 균일하게 늘어나지 않고, 늘어나는 곳과 늘어나지 않는 곳의 경계에 잘록한 곳이 생겨 이것이 점점 양측으로 넓어져 가는 현상. -네이버 지식백과)이 누적되고 있으므로 곡선이 된다고 추측했다. 그래서 E를 구하기 위한 추세선의 경우 엑셀을 이용하지 않고 비례한도까지의 값으로 1차식을 손으로 도출하였다.

 두 번째 시험을 진행한 후 시편의 모습을 관찰하였더니 기계와의 접촉부가 미끄러진 현상을 볼 수 있었다. 5mm/min 보다 좀 더 느린 속도로 시편을 잡아 당겼다면 떨림이 덜 했을 것 같다.(너무 느린 속도로 해도 오차가 심해질 것이다.)