물체에 힘을 가하면 응력을 발생하고 변형이 일어난다. 따라서 물체의 변형 정도를 알려면 응력의 방향과 크기를 알아야 한다. 본 실험에서는 응력 분포를 알기 위해 빛을 투과시키는 어떤 재료가 변형될 때 이들은 광학적으로 이중으로 반사편광하게 된다는 사실에 근거를 둔 광탄성 실험에 대해 공부한다. 특히 하중이 작용할 때의 주응력의 차이와 주응력의 방향을 측정함으로써 응력해석 방법을 익히고, 이의 응용능력을 배양하는데 있다.
광탄성 현상
고체가 하중을 받으면 물체 내부에 응력이 생기는데, 이러한 응력은 분자들의 상대적 위치의 변화에 관계된다. 투명한 물체의 경우에는 분자 배열의 변화가 광학적 성질의 변화를 가져온다. 즉 이중굴절이 생기게 되는데 이러한 현상을 광탄성이 한다. 셀롤로이드, 에폭시수지 등 투명한 탄성체에 응력을 가하면 그 탄성체는 투명한 결정체로 보여지는 것과 같은 일시적으로 2개의 굴절광선이 나타나는 복굴절 현상이 일어난다.
여기에 입사된 광은 주응력축 방향으로 진동하는 2개의 평면광으로 분해되어 이 두 편광 사이에 광로차가 생긴다. 간단한 평판의 경우 하중을 가하여 그 주응력차 가 생기도록 평판에 수직편광을 통과시키면 복굴절에 의하여 두 광파의 위상차가 생기고 이 위상차는 주응력의 차에 비례한다.
실험 방법
1. 광탄성 감도의 측정
1) 에폭시 판재를 이용하여 광탄성 감도 측정용 인장 시편을 그림3과 같이 가공한다.
2) 가공된 시편을 하중장치에 장착하고, 무늬차수(N)가 정수 차수로 증가할 때마다 그 때의 하중을 읽어 기록한다. 그리고 그 하중에서 DSLR 카메라를 이용하여 등색선 무늬를 촬영한다.
3) 탄성한도를 넘지 않는 범위까지(시편이 파단을 넘지 않는 범위) 하중을 증가시키며, 이와 같은 방법을 3회 반복한다.
4) 식(2)를 이용하여 광탄성 감도를 계산하고, 평균치를 구한다.
2. 응력 집중계수 측정
1) 에폭시 판재를 이용하여 그림4와 같은 중앙에 원공이 있는 시편을 가공한다.
2) 가공된 시편을 하중장치에 장착하고, 하중을 증가시키면서 적당한 하중에서 CCD 혹은 DSLR 카메라를 이용하여 등색선 무늬를 촬영한다.
3) 최고차 등색선 무늬를 찾아내고, 식(4), (5)를 이용하여 응력집중 계수 αk를 구한다.
4) 위와 같은 실험을 3회 이상 반복하여 평균치를 구한다.
5) 등색선 무늬 사진상에 무늬차수를 표시하고 응력분포도를 작성한다.
[기계공학실험]광탄성 실험 레포트
1. 실험 목적 1.1. 물체에 힘을 가하면 물체에 변형이 일어나고 상응하는 응력이 발생된다. 실험을 통해 하중에 의하여 물체가 변형될 때 변형상태를 알기 위한 광탄성의 효과를 사용하여 응력의
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