인장 변형이 순수금속의 열확산계수 변화에 미치는 영향에 관한 연구
The investigation on the effect of tensile-strain on thermal diffusivity of pure metals
- 발행기관 亞洲大學校 大學院
- 지도교수 劉宰碩
- 발행년도 2005
- 학위수여년월 2005. 2
- 학위명 석사
- 학과 및 전공 일반대학원 기계공학과
- 본문언어 한국어
초록/요약
재료가 기계적인 에너지를 받으면 변형이 발생되며, 이 변형으로 인하여 재료의 내부구조가 변하게 된다. 이러한 변화는 또한 역학물성이나 열물성의 변화를 가져오게 된다. 본 논문에서는 재료의 역학물성 변화에 따른 열물성 변화를 측정하여 인장 변형에 따른 열확산계수의 상관관계를 연구하였다. 역학물성 변화에 따른 열물성을 측정하기 위하여 순도가 99.9%이상의 구리, 텅스텐 그리고 티타늄을 사용하였다. 각각의 재료는 인장실험에 적합한 시편으로 제작되고, 만능 시험기를 사용하여 인장실험을 수행하였다. 인장실험은 각 시편에 대해 최대 인장강도까지 일정 변형률로 증가시키면서 인장하였고, 각각의 인장 시편에서 2개의 사각시편을 취득하였다. 열물성 측정을 위하여 비접촉식 열물성 계측방법 중 광열효과를 이용한 방법을 사용하여 열확산계수를 정량적으로 구하였다. 가열빔으로 Ar^(+) 레이저를 단속빔으로써 사용하였으며 이에 대한 시편의 주기적인 변형은 He-Ne 레이저로써 검사하였다. 실험은 가열빔과 검사빔의 상대위치를 반경방향으로 변화시키면서 위상차를 측정하였으며 고정된 위치에서 열확산길이를 최적으로 맞춘 후 위상차를 측정하였다. 실험에 사용된 시편중에서 탄성의 성질이 큰 텅스텐을 이용하여 인장에 대한 변화가 없을때에 열확산계수의 변화가 없음을 확인하였고, 구리와 티타늄의 인장변형에 따르는 열확산계수가 특성을 파악하였다. 그 결과 구리와 티타늄은 인장변형률에 따라 열확산계수가 감소하는 특성을 나타내었다. 따라서 본 논문은 소성변형된 순수금속의 열확산계수를 광열변위법을 사용하여 측정하였으며, 인장과 열확산계수와의 상관관계를 도출하였다.
more초록/요약
The internal structure of a materials is changed by the mechanical loading. This structure change may bring about the variation of mechanical or thermal properties. In this paper, an experimental study was carried out to investigate how the mechanical strain influences thermal diffusivity. For the measurement of thermal properties in an accordance with the variation of mechanical properties, pure metals such as an tungsten, copper, and titanium with a purity of 99.9% were used in this experiment. Each of materials was manufactured for tensile-test and strained by using universal tensile machine. Tensile-strain experiment was carried out with the increasement of a constant strain rate until maximal stress. Two rectangular samples was obtained from one strained sample. In this study, the method using a photothermal effect was adopted and developed to measure a quantitative value of thermal diffusivity. An Ar^(+) laser as a pump beam were modulated to give a periodic heating on the surface of samples. And a He-Ne laser was used as a probe beam. After the thermal length was optimized at a fixed position, the measurement was carried out to record the phase lag, changing the relative position between a pump beam and probe beam. To verify the measurement system, tensile-stress was given to tungsten and then the thermal diffusivity of that tungsten was measured. Expectedly, the constant thermal diffusivity was obtained. In the case of strained copper and titanium, the results showed that the thermal diffusivity decreased as the tensile-stress increased.
more목차
목차
요약 = ⅰ
목차 = ⅱ
LIST OF FIGURES = ⅳ
LIST OF TABLES = ⅴ
Nomenclature = ⅵ
1. 서론 = 1
2. 이론 및 측정원리 = 3
2.1 이론 = 3
2.1.1 온도 해석 = 4
2.1.2 열탄성 해석 = 6
2.2 측정원리-광열변위법 = 10
3. 실험장치 및 실험방법 = 11
3.1 시료의 선택 = 11
3.2 시료의 가공 = 12
3.2.1 인장시편의 제작 = 12
3.2.2 시료의 인장실험 = 12
3.2.3 시료의 표면가공(polishing)과 두께 측정 = 12
3.3 실험 장치 = 13
3.3.1 가열부 = 13
3.3.2 검사부 = 14
3.3.3 데이터 취득부 = 14
3.4 실험 방법 = 15
4. 결과 및 검토 = 17
4.1 인장 변형률에 따른 실험 = 17
4.2 열확산 계수의 결정 = 17
4.3 탄성 영역에서의 열물성의 변화 = 18
4.4 인장 변형에 따른 열물성의 변화 = 18
4.5 오차의 원인과 분석 = 19
5. 결론 = 20
4. 참고문헌 = 21
FIGURES = 23
TABLES = 35
ABSTRACT = 39
