홍라이프 계산기충격 시험 계산기 쉽게 이해하기 — 개념과 원리
이 계산기는 샤르피나 아이조드 진자 충격 시험에서 시편이 흡수한 에너지를 해머 질량, 팔 길이, 들어 올린 각도와 파단 후 올라간 각도로 구합니다. 노치 아래 단면적당 충격 강도도 보여 주어, 재료 공학 학생과 시험 기술자가 인성 결과를 확인하고 시험기의 원리를 이해하는 데 씁니다.
계산 방법
흡수 에너지 E = W × R × (cos β − cos α)
놓을 때의 위치 에너지 = W × R × (1 − cos α)
W = m × g, g = 9.80665m/s²
충격 강도 = E ÷ (폭 × 노치 아래 깊이), J/cm² 또는 kJ/m²
- α는 들어 올린 각, β는 파단 후 올라간 각이며 모두 매달린(가장 낮은) 위치에서 잽니다. R은 회전축에서 해머 무게중심까지의 거리입니다.
원리
진자는 R(1 − cos α) 높이에서 출발하며, 막는 것이 없다면 반대편에서도 같은 높이까지 올라갑니다. 시편을 깨는 데 에너지가 쓰이므로 해머는 R(1 − cos β)까지만 올라갑니다. 출발 높이와 마지막 높이의 위치 에너지 차이가 시편이 흡수한 에너지입니다. 인성이 큰 재료는 많은 에너지를 흡수해 해머가 조금만 올라가고, 취성 재료는 해머를 거의 늦추지 못합니다.
예제 풀이
기본값인 해머 20kg, 팔 0.75m, α = 140°, β = 70°, 시편 폭 10mm, 노치 아래 깊이 8mm로 계산합니다.
- W = 20 × 9.80665 = 196.1N입니다.
- 놓을 때 에너지 = 196.1 × 0.75 × (1 − cos 140°) = 259.8J입니다.
- 흡수 에너지 = 196.1 × 0.75 × (cos 70° − cos 140°) = 147.1 × (0.3420 + 0.7660) = 163J입니다.
- 파단 후 남은 에너지 = 96.8J, 흡수 비율 = 62.7%입니다.
- 단면적 = 10 × 8 = 80mm², 충격 강도 = 163 ÷ 0.8cm² = 203.7J/cm² = 2,037kJ/m²입니다.
| 진자(해머) 질량 (kg) | 흡수 에너지 (J) |
|---|---|
| 5 | 40.7 |
| 10 | 81.5 |
| 15 | 122.2 |
| 20 | 163 |
| 25 | 203.7 |
| 30 | 244.5 |
| 40 | 326 |
결과 해석
흡수 에너지는 같은 온도와 시편 형태의 규격값과 비교하십시오. 많은 강재는 연성–취성 천이를 보여, 상온에서는 많은 에너지를 흡수하던 강이 추운 온도에서는 거의 흡수하지 못합니다. 시편 크기나 노치 형태가 다르면 결과를 직접 비교할 수 없습니다.
흔한 실수
- 각도를 매달린 위치가 아니라 수평에서 재는 경우
- 무게중심까지의 거리 대신 해머 전체 길이를 쓰는 경우
- 마찰과 공기 저항 손실을 무시하는 경우(실제 시험기는 빈 스윙 보정값을 뺍니다)
- 다른 시험 규격의 J 값과 J/cm² 값을 비교하는 경우
자주 묻는 질문
샤르피와 아이조드는 어떻게 다릅니까?
샤르피는 시편 양 끝을 받치고 가운데를 치며, 아이조드는 한쪽 끝을 외팔보처럼 고정합니다.
저온에서 시험하는 이유는 무엇입니까?
강재가 취성으로 바뀌는 온도를 찾기 위해서입니다.
해머가 처음 각도까지 올라가지 못하는 이유는 무엇입니까?
시편을 깨는 데 쓴 에너지와 작은 마찰 손실만큼 에너지가 빠졌기 때문입니다.
출처: Pendulum energy balance E = W·R·(cos β − cos α), standard potential-energy result (E. Irhowene, MEE 510 project report "Dual purpose impact testing machine")