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소개글

[구조응력, 응력해석 , 재료역학, 고체역학]스트레인 게이지 부착과 구조응력해석 시험에 대한 자료입니다.

하고 싶은 말

스트레인 게이지에 대한 구조해석 실험입니다.

A+받은 자료 입니다.^^

목차

1. 실험명 : Strain Gage 부착과 구조응력해석 시험
2. Strain Gage실험 관련 이론
3. 실험 방법
3.1 실험기기 및 장치, 재료
3.2 실험 방법
4. 실험결과 및 고찰
4.1 실험결과
4.2 고찰
5. 실험 소감
6. 참고문헌

본문내용

1. 실험명 : Strain Gage 부착과 구조응력해석 시험

2. Strain Gage실험 관련 이론

° 스트레인 게이지의 정의: 스트레인게이지를 설명하기 위하여 먼저 스트레인을 설명하기로 한다. 스트레인은 변형도 또는 변형률을 나타내며, 어느 물체가 인장 또는 압축을 받을 때 원래의 길이에 대하여 늘어나거나 줄어든 길이를 비율로 표시한 값을 일컫는다. 따라서 스트레인은 단위를 갖지 않으며 굳이 단위를 표시하려면 cm/cm, mm/mm 등으로 표시할 수 있다. 이 스트레인은 주로 토목공학 ·기계공학 ·건축공학 ·항공공학 ·조선공학 등 구조물이나 기계요소의 해석과 설계를 다루는 분야에서 이들 구조요소가 외부의 힘을 받아 변형이 발생할 때에 사용되는 용어이다. 스트레인게이지는 전기식으로 측정하는 전기식 스트레인게이지와 기계식으로 측정하는 기계식 스트레인게이지의 2종류로 구분할 수 있다. 전기식 스트레인게이지는 구조체가 변형을 일으킬 때에 부착된 스트레인게이지의 전기적 저항이 변하여 이로부터 변형률을 측정하는 것이며, 기계식 스트레인게이지는 두 점 사이의 미소한 거리변화를 기계적으로 측정하여 구조체의 변형률을 측정하는 것이다. 이 스트레인게이지의 개발로 인하여 구조체의 변형 상태를 정밀하게 측정할 수 있게 되었으며, 이 변형률에 의하여 응력을 이수가 있다.
스트레인게이지는 구조체의 재질에 따라 그 모양과 길이가 다른 것이 사용된다. 금속이나 강재에는 주로 5mm 게이지가, 콘크리트에는 30~100mm 게이지가 자주 사용된다. 또한 이 스트레인게이지는 표면에 부착하는 부착게이지뿐만 아니라 물체나 구조체를 만들 때에 그 내부에 매몰시켜 설치하는 매몰형 스트레인게이지도 있다.

° 개요: 스트레인게이지에 외부로부터 힘 또는 열을 가하면 전기 저항이 변화한다. 스트레인게이지 소자로는 저항 변화가 매우 큰 금속 또는 반도체를 주로 사용하고 있다. 저항선 스트레인 게이지는 그림 1-1과 같이 절연체 베이스 위에 와이어 또는 포일 형태로 저항선이 있고, 정확한 측정을 할 때 사용한다. 이에 비해 감도가 뛰어난 반도체의 스트레인 게이지는 실리콘의 단결정으로 만들어져 있다.

저항선
베이스
(절연체)
도선
스트레인
<그림 1>

° 장점과 단점
1) 장 점
· 정도가 높고 온도변화에 대한 영향이 적다.
· 정압 및 동압에도 사용 가능하다.
· 직류 및 교류 회로에도 사용 가능하다.
· 진동 및 외부의 충격에 비교적 강하다.
· 연속 측정이 가능하고 주파수 응답특성이 좋다.
2) 단 점
· 습기에 의한 오차가 크다.
· 변환 신호가 작으므로 증폭부가 필요하다.
° 저항선 스트레인 게이지
1)원리
: 금속선의 저항 변화는 그림 1-1과 같이 힘을 가해서 변형시킬 때 생긴다. 전체 길이 L, 면적 S, 고유 비저항치 ρ, 금속선의 전저항을 R이라 하면 다음과 같은 관계가 성립한다.
(1-1)
여기서 금속선에 인장력을 주면 △L만큼 늘어나고, 단면적은 △S만큼 작아 진다고 하자. 그러면 저항 변화율 △R/R는 다음과 같다.
(1-2)
일반적으로 프와송의 비(Poisson's ratio)를 ν라고 하면 단면적의 변화율은 다음과 같다.
(1-3)
이 때 변형율 ε은 무차원이고, 일반적으로 μst으로 표시한다. 식 (1-3)을 식 (1-2)에 대입하면 저항 변화율은 다음과 같다.
(1-4)
고려되는 변형율 범위에서는 금속 비저항의 변화율은 무시할 수 있으므로 다음과 같이 근사적으로 표현할 수 있다.
(1-5)
여기서 F를 게이지 상수라고 하는데, 사용하는 저항선 재료에 따라 달라지나 대체적으로 2정도의 특성치를 가진다.

2) 구성요소 및 선정방법
저항선 재료는 표1-1과 같이 어드밴스(Advance) 또는 콘스탄탄(Constantan)의 성분을 사용하는데, 주위 온도 변화에 대한 둔감성, 제작성 및 가격 등을 고려하여 선정되었다.
재료
성분
(%)
저항온도계수
(。C)
게이지상수
어드밴스
Cu 54
Ni 44
Mn 2
2μst/˚C
2.0~2.3
콘스탄탄
Cu 60
Ni 40
2μst/˚C
1.7~2.1
<표 1>

참고문헌

1. 응력해석실험 교재
2. 이주성, 이영신, 이종길, 양박달치, 장준호, 류봉조 공역. 2004, “핵심재료역학”, 인터비젼
3. 박철희, 2004, “재료역학 문제 및 해설”, 삼성북스

태그 스트레인 게이지, 구조응력, 응력해석, 보고서, 실험보고서

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