はりのひずみ測定

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資料紹介

材料力学実験
はりのひずみ測定
１．実験目的
ひずみゲージの原理および，ひずみゲージを用いたはりの曲げひずみ測定法を修得する．材料力学で勉強した「はりの曲げ応力」が，実験から求めた値と同じになるか，実験を通して確かめる．実際の理論と実験との確認を行う．
２．実験装置
試験片：SS400ミガキ材，800×25×4mm（両端支持用）
　　　　SS400ミガキ材，610×25×4mm（片持ち用）
計測器：共和電業製汎用箔ひずみゲージ
TYPE：KFG-10-120-C1-11L1M2R
LOT No：Y3292S
BATCH：342
GAGE FACTOR：310±10%
GAGE LENGTH：10mm
GAGE RESISTANCE：119.6±0.4Ω
東京測器研究所製ひずみ測定器
はり構造力学試験装置
その他：ノギス，スコヤ，罫書き針，接着剤，紙やすり
実験装置の全体図を以下に示す
３．実験理論
（１）縦弾性係数E
ただし，σ：曲げ応力　　　　　〔MPa〕
　 E：縦弾性係数　　　　〔GPa〕
　 ε：ひずみ　　　　　　〔μstrain〕
M：曲げモーメント　　〔N･m〕
　 I：断面2次モーメント〔m4〕
Z：断面係数　　　　　〔m3〕
とする．
上記の式より縦弾性係数E〔GPa〕が求まる．
（２）はりの曲げ応力σ
はりの曲げ応力はひずみから求める方法と，曲げモーメントから求める方法がある．
式（１）より，ひずみゲージから実際の曲げ応力を求められる．
また，式（３）より，計算上の曲げ応力が求められる．
（３）ひずみゲージ
ひずみゲージはホイーストンブリッジ接続を利用し，被測定物の長さが変化するとひずみゲージの長さも同率で変化し，その際ひずみゲージの金属抵抗体の長さ，断面積が変化し，抵抗値も変化することを利用して被測定物のひずみを測定する．
構造が単純で値段が安く，高精度のため応用範囲が広い．
※ホイーストンブリッジ接続
図2の回路においてVG=0となるために，
となるので，既知のR1 R2 R3よりRxが求まる．
４．実験方法
実験の流れは，材料の縦弾性係数を計測し，各はりのひずみと荷重の関係を求め，ひずみから求めた曲げ応力と，曲げモーメントから求めた曲げ応力が一致することを確かめる．
4.1ひずみゲージの貼り付け
（１）各試験片の寸法を測る．
（２）試験片のひずみゲージを貼る部分にケガキをいれる．なお，今回は両端支持はりの支点間長が780mmであったため，130mmおきに5枚のひずみゲージを使用．片持支持はりの全長が610mmであったため，100おきに5枚のひずみゲージを貼り付けた．
（３）ケガキを入れた周辺の汚れを紙やすりで落とす．
（４）アセトンを含ませた脱脂綿で削り粉を落とす．
（５）ひずみゲージの裏側に接着剤を1滴垂らし，試験片に貼り付ける．
（６）60秒ひずみゲージの上をビニールで押さえる．
（７）各試験片5枚ひずみゲージを貼り付ける．
4.2縦弾性係数Eの測定
（１）縦弾性係数の測定には両端支持はりを使用する．
（２）はり構造力学試験装置にはりをセットする．
（３）はりの中央部（390mm）のひずみゲージのコードをひずみ測定器の入力端子　　　1番に差し込む，この際片方はA端子に，他方はB端子とC端子にショートさせる．（図3参照）
（４）はり中央部に錘フックを掛け，静止したらひずみ測定器のゼロ点あわせを行う．
（５）500g，1000g，1500g，2000gそれぞれの荷重をかけ，ひずみを測定し，印刷する．
（６）測定は二回行