§1
실험 개요
축·드라이브 샤프트 같은 회전 부품 설계의 기초가 되는 시험으로, 시편에 토크를 가하고 비틀림각을 측정해 전단 탄성계수 G를 결정한다.
§2
이론 배경
비틀림 식
θ = TL/(GJ). T: 토크, L: 시편 길이, J: 극관성 모멘트(원기둥 J = πr⁴/2). T vs θ 직선 기울기 = GJ/L.
최대 전단 응력
τmax = Tr/J = 2T/(πr³). 파단 시점의 T로 전단 강도.
§3
실험 장치 및 시약
- — 비틀림 시험기
- — 원형 단면 시편
- — 각도 측정기
§4
실험 절차
- 1.시편 직경 d, 표점 길이 L 측정.
- 2.토크를 0~파단까지 단계적으로 증가, T·θ 동시 기록.
- 3.동일 절차를 다른 재료에 반복.
§5
데이터 처리
T vs θ 직선 영역에서 G = TL/(Jθ). E와 G의 관계 G = E/(2(1+ν))로 포아송비 ν 추정.
§6
예비보고서 항목별 작성 팁
이론
왜 J가 r⁴에 비례하는지 적분 유도 한 줄.
§7
자주 하는 실수
- — 시편 표면 손상으로 응력 집중
- — 그립 슬립으로 측정 θ가 실제 비틀림보다 큼
- — 직경 측정 정밀도 부족 (r⁴이라 영향 4배)
§8
자주 묻는 질문
Q. 왜 직경 측정이 가장 중요한가요?
J = πr⁴/2이므로 r 측정 1% 오차가 J에 4% 오차로 증폭됩니다. G 결정에서 직경 측정이 가장 큰 오차원이 됩니다. 마이크로미터로 3회 이상 측정·평균이 표준.
Q. 취성 재료의 비틀림 파단면이 45° 인가요?
네. 비틀림에서 최대 인장응력이 축에 대해 45° 방향이라, 인장에 약한 취성 재료(주철·시멘트·분필)는 45° 나선 파단면을 보입니다. 연성 금속은 횡 단면(0°)에서 평면 파단.
§9
참고 표준·문헌
본 가이드는 다음 표준·교과서·핸드북의 정의·식·표준 절차를 따라 작성되었습니다. 학교 양식과 표준 절차가 다를 경우 학교 양식을 우선합니다.
- [1]Hibbeler, R.C. — Mechanics of Materials, 10th ed., Pearson, 2017
- [2]Callister, W.D., Rethwisch, D.G. — Materials Science and Engineering: An Introduction, 10th ed., Wiley, 2018