Transcript 박스빔의비틀림및전단실험메뉴얼(11_1학기).

기계항공공학실험 I
-박스빔의 비틀림 및 전단실험담당조교 : 이 충 희
보조조교 : 김 윤 성
기계항공공학부 항공우주구조연구실
박스빔의 비틀림 및 전단실험
 실험목적



비틀림 하중에 대한 구조물의 거동
one-cell, two-cell, 및 three-cell 로 구성된 구조물에 대한 비틀림
율 및 전단흐름을 측정하고 비교함으로써 다중 셀로 이루어진 구조
의 비틀림 하중에 대한 효율성을 이해.
용어

다중 셀 구조물

Rosette 스트레인 게이지

변형율의 좌표변환
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박스빔의 비틀림 및 전단실험

전단흐름 (shear flow)
: a shear force per unit length [N/m]
• Shear forces on the edges
l
S 
 qds
0
S: shear load
• Shear flows
l: edge length
q: shear flow
s: distance from the
beginning point of the side
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박스빔의 비틀림 및 전단실험

기초이론

다중 셀 구조의 변형
전단흐름(N/m)
One-cell Box
Two-cell Box
q1  q2 
Three-cell Box
d
a

T
2
dz tGA
T
2A
q
q1  q3 
비틀림율(rad/m)
T
4A
7 T
46 A
q2 
9 T
46 A
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d 3 a

T
dz 8 tGA2
d
5 a

T
dz 23 tGA2
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박스빔의 비틀림 및 전단실험



길이 방향으로 양 끝에 같은 크기의
비틀림 하중이 작용하면 각 단면에
서의 응력상태는 같다.
비틀림 하중에 의한 전단흐름을 측
정하기 위하여 임의의 길이 방향 위
치의 단면에 그림과 같이 스트레인
게이지를 부착한다.
스트레인 게이지의 출력으로부터
전단변형율(또는 전단흐름)의 측정
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박스빔의 비틀림 및 전단실험
 변형율의 좌표변환
a 
 xx   yy
c 
 xy 
2
 xx   yy
2

 xx   yy

2
 xx   yy
2
cos 2a 
 xy
cos 2c 
2
 xy
2
sin 2a
sin 2c
2( c   a )  ( xx   yy )(cos 2c  cos 2a )
sin 2c  sin 2a
a  45 , c  45
Rectangular rosette
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인 경우에,
 xy   c   a
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박스빔의 비틀림 및 전단실험
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박스빔의 비틀림 및 전단실험
d

 rad / m  
dz
d h

비틀림율 (
) 의 측정

비틀림율은 실험고정장치의 중심에서 변위센서 측점 지점까지의 거리 d
와 박스빔의 높이 h, 그리고 비틀림량  로 부터 구할 수 있다.


d

여기서  가 매우 작으므로   d 가 된다.
d 

( where,
dz h

 )
d
d 

dz dh
박스빔의 비틀림 및 전단실험

전단흐름 (Shear flow) 의 측정

전단흐름 :
q   t  G xyt  G  c   a  t
strain gage 측정값

실험장치

1-Cell, 2-Cell, 3-Cell 의 구조물
고정장치
Strain 측정기, 변위계, 변형율 지시계
거리측정기 및 센서
추 : 0.5kg, 1kg, 1.5kg, 2kg




박스빔의 비틀림 및 전단실험

구조물의 strain gage

R=120 

Box beam’s properties

Shear modulus G  26.5 109 Pa
a=0.025m
t=0.001m
T=2mgr (r은 박스빔 중심에서 하중
이 주어지는 점 사이의 간격, 추가 양
쪽에 있으므로 2배)



박스빔의 비틀림 및 전단실험

실험 과정
1.
바이스에 Box Beam 구조물을 물리고 추 받침대를 연결한다
이 때 바이스를 너무 꽉 조이지 않도록 한다 (찌그러짐)
양쪽 비틀림 하중 작용점과 중심점과의 거리를 같게 설치한다
추 받침대와 지면과의 높이를 적당히 띄운다
박스빔의 비틀림 및 전단실험
2.
비틀림량을 축정하기 위한 변위계 설치
위와 같이 거리측정센서를 설치 후 (자석 On/Off기능 이용) 변위계를
확인한다
설치 후 녹색램프가 켜지면 거리측정이 되는 것이다
너트를 이용하여 센서의 laser와 닿는 면을 수직이 되게 해준다
박스빔의 비틀림 및 전단실험
3.
변형율측정기 설치
1
2 3
Indicator 는 1개의 채널만 사용하고, Balancing을 하여 0점을 조절한다
Strain gage
1
2
3
박스빔의 비틀림 및 전단실험
4.
추의 무게를 증가시키면서 비틀림량과 변형율을 읽고 기록한다
(변위 측정 시 변위 지시계의 변화량이  가 됨)
5.
추의 무게는 비틀림 하중의 크기로, 비틀림
량은 비틀림율로, 변형율은 전단변형률(또는
전단흐름) 으로 변환한다
6.
비틀림 하중의 크기에 대하여 적절한 데이터
처리 기법을 도입하여 실험결과 정리를 하고
이론값과 비교한다
7.
비틀림율과 전단흐름을 그래프로 나타낸다
8.
결과에 관한 토론 및 결론을 도출한다
박스빔의 비틀림 및 전단실험

실험결과

one, two, three-cell 의 비틀림 하중에 따른 스트레인값, 변위량 측정
하여 표로 정리

비틀림 하중 변화에 따른 각 게이지 별 전단변형율, 전단흐름 계산하여 표
로 정리

비틀림 하중 변화에 따른 비틀림률 계산하여 표로 정리

실험을 통해 얻은 전단흐름과 비틀림률을 이론치와 비교하여, 표, 그래프
등으로 정리
유의사항

실험 시 유의사항

변위센서는 0점 조절이 필요 없음
레이져 변위 센서, 추 떨어뜨리지 말 것
자 필요할 경우 사용 가능
바이스 꽉 조이지 말 것(박스 빔이 찌그러질 우려가 있음)
실험 도중 탁자 및 전선을 건드리지 말 것(추가 흔들거려서 스트
레인 값이 불안정하게 나올 수 있음)
추 올려놓을 때 양쪽에서 동시에 살며시 올려놓을 것
추 올릴 때 추 밑에 변형률 지시계 놓지 말 것(깨질 위험이 있음)
실험 후 정리정돈 철저
정숙한 분위기에서 실험 할 것








유의사항

실험태도 평가



실험 태도 불량일 경우 감점
무단결석 또는 보고서 미제출 시 0점 처리
결과보고서 제출 시 유의사항

개인별 보고서 제출

실험 후 일주일 이내로 제출 (EX. 화요일 실험 -> 그 다음주 화요일 8시까지)

반드시 손으로 작성하고, 특별한 언급이 없을 시 10페이지 이내로 할 것 (그래프 포함)
 분량 초과시 감점
 그래프와 표에 제목(설명)쓸 것

실험결과와 discussion만 쓰고, manual에 있는 내용은 포함시키지 말 것

R, d, h, A 값 정확히 명시할 것

오차 및 원인 분석할 것

Multi-cell 구조물 조사 추가하면 보너스점수(워드 작성가능, 장수에 포함 안됨)
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박스빔의 비틀림 및 전단실험

결과 보고서에는,


다중 셀 구조의 비틀림 하중에 대한 효율성과 전단 흐름
(shear flow), 비틀림율 등에 대한 이해를 목적으로 한다.
다중 셀 구조의 응용 사례 등에 대한 고찰을 수행한다.
3 Cell mass vs shearflow graph(middle box)
7000
6000
shearflow(N/m)
5000
+α
Experimental value of q of Gage B
4000
3000
Therical value of q(N.m)
2000
1000
0
-1000
0
0.5
1
1.5
2
mass(kg)
SNU Aerospace Structures Laboratory
2.5
3
3.5
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박스빔의 비틀림 및 전단실험

Ref.

“AIRCRAFT STRUCTURE FOR ENGINEERING STUDENT /
T.H.G MEGSON”
“FUNDAMENTALS OF AIRCRAFT STRUCTURAL ANALYSIS
/ HOWARD D. CURTIS”





담당조교 (보고서 제출)
김윤성
44동 203호 < [email protected] >
880-7394