[구조 실험 결과 보고서]휨 실험(Bending Test)

1. 실험 목적
- 외팔보(Cantilever beam)에 작용하는 모멘트(Moment)왿� 응력(Stress), 변형률(Strain), 변위(Displacement)왿�의 관계식으로부터 탄성계수(Young’s Modulus)왿� 푸아송비(Poisoon’s Ratio)를 계산하여 어떤 종류 물질을 사용한 것인지 파악하고 이론값과 실험값을 비교하여 본다.
2. 이론적 배경
Key words
: 단순지지 보 이론(Simple Beam Theory), 로드셀(Load Cell), 다이얼 게이지(Dial Gauge), 레이저 센서(Laser Sensor), 동적 스트레인 앰프
2.1. 단순지지 보 이론 부재는 축 방향과 수직한 방향으로 하중을 받게 되면 휘임(Bending)이 발생하게 된다. 부재에 작용하는 하중에 의해 발생된 휘임은 모멘트, 변형률, 변위 등의 변수왿� 연관이 된다. 보의 길이방향 요소는 인장 또는 압축만을 받기 때문에, 변형률로부터 응력을 구하기 위해 재료에 대한 응력-변형률 곡선을 이용할 수 있다. 응력은 보의 전 단면에 걸쳐 작용하고 응력-변형률 선도의 형상과 단면치수에 따라 세기가 변한다. 가장 일반적인 응력-변형률 관계식은 선형탄성재료에 대한 식이다. 그러한 재료에 대해서 단축 응력에 대한 후크의 법칙을 대입하여 다음의 식을 얻는다.
수식 1은 단면에 작용하는 수직 응력이 중립면으로부터의 거리 에 따라 선형적으로 변한다는 것을 보여 준다. 수식 1이 실제적인 값이 되기 위해서는, 거리 를 결정할 수 있도록 좌표의 원점을 선정해야한다. 본 실험에서는 시편의 단면이 직사각형이기 때문에, 중립축에서의 거리 는 시편의 두께의 절반 으로 설정할 수 있다. 미소 면적 에 작용하는 힘 는 가 양일 때 축의 양의 방향으로 작용하고, σ가 음일 때 축의 음의 방향으로 작용한다. 미소 면적 는 중립축의 윗부분에 위치해 있으므로, 그 미소면적에 작용하는 양의 응력 은 왿� 같은 모멘트 성분을 발생시킨다.따라서 모멘트 성분은 이다. 이러한 모든 모멘트 성분들을 전체 단면적 A에 걸쳐 적분한 것은 굽힘 모멘트왿� 같아야만 한다.