고체 및 재료역학 실험

서울대학교 기계항공공학부

안 성 훈

• 기계적 물성을 평가하는 방법을 배웁니다

(재료의 기계적 물성 측정)

• 제품을 제조하는 기술을 배웁니다

(제조기술 체험하기)

이번 시간에는!

재료의 기계적 물성 측정 (1)

서울대학교 기계항공공학부

안 성 훈

[ 학 습 목 차 ]

• 기계적 물성 평가 목적

• 다양한 기계적 물성 평가 방법

1. 기계적 물성 평가란?

1) 기계적 물성 평가의 목적

• 설계, 제조를 위해 재료나

구조의 기계적 물성 (항복점,

인장강도 등) 측정

#1

oe ue fe

파단

(Fracture)

0

Y

UTS

Stress

탄성

(Elastic)

소성

(Plastic)

Strain

2. 기계적 물성 평가 방법

1) 인장 시험

• 인장에 따른 시편 변화

(인장 힘 – 변위)

• 항복강도 (Y), 인장강도 (UTS),

영률 (E) 등을 측정

변형률 ( 일 때) 0 1l

loe ue fe

파단 (Fracture)

0

Y

UTS

응력

탄성 (Elastic)

소성 (Plastic)

Uniform elongation

Neck

Total elongation

0l

el

ul

fl

0A

fA

E

2. 기계적 물성 평가 방법

2) 압축 시험

• 압축에 따른 시편 변화

(압축 힘 – 변위)

• 압축 강도 등을 측정

2. 기계적 물성 평가 방법

3) 굽힘 시험

• 굽힘에 따른 시편 변화

(굽힘 힘 – 변위)

• 굽힘강성, 굽힘강도 등을 측정

3. 다양한 스케일에서의 기계적 물성 평가

1) 매크로(macro)

#2

3. 다양한 스케일에서의 기계적 물성 평가

2) 마이크로(micro)

• 풍뎅이 껍질의 키틴

섬유의 예

뿔자르기 조각내기 적절한위치탐색

Gripper

Textile of cuticleGrab the endCut through FIB milling

추출

집게

힘센서

풍뎅이껍질구성섬유추출

힘센서(측면)

굽힘실험진행

#3

3. 다양한 스케일에서의 기계적 물성 평가

3) 나노(nano)

• 탄소 튜브의 예

#4

재료의 기계적 물성 측정 (2)

서울대학교 기계항공공학부

안 성 훈

[ 학 습 목 차 ]

• 기계적 물성 평가 장비

• 다양한 기계적 물성 평가 실험

1. 기계적 물성 평가 준비

1) 기계적 물성 평가 장비

• 만능시험기

#5 #6

1. 기계적 물성 평가 준비

1) 기계적 물성 평가 장비

• 스트레인 게이지

• 인장될 때, 금속선의 저항 값이 변화

• 저항값 변화량으로 변형률 측정

#7

1. 기계적 물성 평가 준비

2) 기계적 물성 평가 시편

• 시편 준비

• 표준규격에 맞는 시편

(ASTM)

#8 #9

2. 기계적 물성 평가 실험

1) 인장 시험

2. 기계적 물성 평가 실험

2) 압축 시험

2. 기계적 물성 평가 실험

3) 굽힘 시험

자료 출처

#1 Boeing 777 Wing loading test, https://youtu.be/

#2 Cube - Compression Failure, https://youtu.be/J

#3 풍뎅이 뿔 물성평가, 서울대학교, 혁신설계 및 통합생산 연구실

#4 탄소나노튜브 물성평가, http://onlinelibrary.wiley.com/

#5 압축시험, https://commons.wikimedia.org/

#6 굽힘시험, https://en.wikipedia.org/

#7 스트레인 게이지, https://en.wikipedia.org/

#8 인장 표준시편, https://en.wikipedia.org/

#9 압축 표준시편, https://commons.wikimedia.org/

제조기술 체험하기

서울대학교 기계항공공학부

안 성 훈

[ 학 습 목 차 ]

• 다양한 제조 기술을 이용한 반지 제조

1. 반지 제조 공정

1) 공정 순서

반지 주형 CAD 설계

STL 변환 3D 프린팅 캐스팅

1. 반지 제조 공정

2) 주형 설계

주형 상판

주형 하판

목표 형상 조립

주물

1. 반지 제조 공정

3) 재료 물성

3D 프린팅 캐스팅

Bismuth (Fusible alloy)

Y (항복강도) -

UTS (인장강도) 55.0-55.0 MPa

E (영률) 15.4 GPa

녹는점 162.5℃

ABS (Acrylonitrile-Butadiene-Styrene) 수지

Y (항복강도) 20.0-52.0 MPa

UTS (인장강도) 64.0-64.0 MPa

E (영률) 2.81 GPa

녹는점 274℃

2. 제조 기술을 이용한 반지 제조

1) 반지 제조