ST-T 실험방법

ST-T 제품구성Ⅱ.

ST-T 개요Ⅰ.

Ⅲ.

이론Ⅳ.

실험Ⅴ.

3

ST-T 개요Ⅰ.

ST-T는 재료역학을 배우는 학습자들이 비틀림(Torsion)을 받는 구조부재에 대해 비틀림 실험을 수행

하여 비틀림의 기본원리를 쉽게 이해하도록 하는 교육용 역학실험장치이다.

비틀림은 어떤 구조 부재에 그 길이 방향의 축을 기준으로 회전을 일으키게 하는 모멘트(우력)를 부

과함으로써 그 부재가 비틀리는 상태를 말한다. 이와 같이 임의의 부재를 비틀리게 하는 모멘트를, 휨

모멘트와 구분하여 비틀림 모멘트(Twisting couple), 혹은 비틀림력(Torque)이라 정의한다. ST-T는 모

멘트 팔에 추를 달아 하중을 주면 실험체에 설치된 스트레인 게이지에 저항이 발생되며, 발생된 저항

은 변형률을 측정하게 되고 측정된 변형률 값은 인디게이터를 통하여 디지털 수치로 나타나므로 이론

상의 값과 비교할 수 있다.

1

실험체

실험체 지지대

고정지점

스트레인인디게이터

추

모멘트 팔

ST-T 제품구성Ⅱ.

1. ST-T 구성도

2

토크측정시 𝒔𝒉𝒆𝒂𝒓 𝒈𝒂𝒖𝒈𝒆사용

- 변형률 측정 실험체

① 원형 알루미늄 실험체 : Ø 25 mm, L=150 mm : 1개

② 원형 알루미늄 실험체 : Ø 30 mm, L=150 mm : 1개

③ 원형 알루미늄 실험체 : Ø 30 mm, L=300 mm : 1개

2. 실험체

ST-T 제품구성Ⅱ.

3

3. 추 (Load)

- 원형 추 1 kg : 5개

ST-T 제품구성Ⅱ.

4

① ST-T 설치 ② 베어링 설치 ③ 실험체 설치 ④ 실험 실시

1. 캔틸레버보 실험 방법

ST-T 실험 방법Ⅲ.

5

이론Ⅳ.

6

1. Torque

𝐹sin𝜃𝜃

𝑻 = 𝐫 × 𝐅 𝑻

𝐫 𝐅

- 주어진 회전축을 중심으로 회전시키는 능력, 단위는 N·m 또는 kgf·m를 사용

- 토크를 사용하는 축 실험체

이론Ⅳ.

IF : 후크의 법칙(Hooke’s law)이 성립한다면

𝜃 =𝛷

𝐿=

𝛥𝛷

𝛥𝑥: 비틀림 변형률

𝛾 = 𝑟𝜃 =𝑟𝛷

𝐿: 전단 변형률, 𝛾 = 2 ∙ 𝜺𝟒𝟓

→ 45° 전단변형률은 수직변형률의 2배

𝑇 = 𝐺 ∙ 𝜃 ∙ 𝐼𝑃=𝐸

2(1+𝜈)∙2∙𝜺𝟒𝟓

𝑟∙𝜋𝑟4

2=𝐸∙𝜺𝟒𝟓∙𝜋𝑟

3

2(1+𝜈): 원형단면의 비틀림 모멘트

7

≫ 변형률 𝜀45 사용하는 이유 :

- 부재에 비틀림력이 작용하는 경우

순수 전단력만 작용하고 수평방향의

인장응력 없음

→ 주응력방향은 45도 방향에 존재

𝜀90

L

Φ𝑟

𝑇θ 𝜀0

𝜀45

2. Torque 공식

이론Ⅳ.

8

실험Ⅴ.

9

실험Ⅴ.

10

위 실험을 통하여토크 T와변형률 ε45 구하여라.

→ T(토크) = 50 X 300 = 15,000 N·mm

→ ε45 = 2 × 1+ν × T

π × r3 × E=

2 × 1+0.35 × 15,000

3.14 × 12.53 × 68,000= 97.1Ⅹ10-6

실험체 T (N·mm) 변형률 이론 값(𝜀45 Ⅹ10-6) 변형률 측정 값(𝜀45 Ⅹ10-6) 오차(%)

Ø25 mm, 𝐿=150 mm 15,000 97.1 103.5 6.59

Ø30 mm, 𝐿=150 mm 15,000 56.2 61.9 10.14

Ø30 mm, 𝐿=300 mm 15,000 56.2 62.1 10.49

★ Indicator의 측정 변형률 표시 값은 strain의 full bridge 구성으로 인하여 출력 전압에 gain 4배가곱해진 값입니다. 측정 변형률 기록 시에는 측정값에 gain 4를 나누어 기록해 주십시오.

𝐿=150 mm

𝑟 = 12.5mm

P = 50 N

ν = 0.35

E= 68,000N/mm 2

실험Ⅴ.