応用物理実験：棒の横振動

・ひずみゲージによる応力測定　（２週目）

１．実験目的

　抵抗線ひずみゲージを用いた応力測定の原理と実験方法を修得する。

　主応力方向が未知の場合の各主応力の値を、ロゼット解析により求める。

２．実験方法

　試験片の形状は下図のとうりで、材質は軟鋼である。ロゼットゲージは、直角型（θ＝４５°）および等角型（θ＝６０°）を用いる。レバー式材料試験機（容量２トン）により２種類の引張り荷重を加えて、主応力方向および各主応力の値を求める。

　今回は、前回行った実験・計算結果をもとに、取り除くことができる誤差を実験グループ全員でピックアップして、可能な限り除去して実験を行った。

　例えば、

　　　　　●前回の実験結果のグラフでは、荷重が１００ｋｇｆ以上の点群が直線状になっている。

　　　　　　　変更点：初期値とした値を５０ｋｇｆから２５０ｋｇｆとする。

　　　　　●前回の試験では、試験片が曲がって装着されていたのではないだろうか？

　　　　　　　変更点：装着の際に注意して行う。

　などなど。

３．実験結果の整理と考察

（ａ）各荷重値による主ひずみの方向、主ひずみ値および主応力の方向、主応力値を、計算によって求

　　　める。

　　・直角型（θ＝４５°）‥‥３００ｋｇｆ（０～４００）の場合を用いて計算する。

　主ひずみε_１（主応力σ_１）方向はε_Ⅰの方向から時計回りに３．８３°である。

　　・等角型（θ＝６０°）‥‥３００ｋｇｆ（０～４００）の場合を用いて計算する。

　主ひずみε_１（主応力σ_１）方向はε_Ⅰの方向から時計回りに６．６０°である。

（ｂ）実際に与えた荷重値と荷重方向、ゲージを貼った方向、予想される応力を(a)の結果と比較考察す

　　　る。

　　・材料力学に基づく計算方法によって３００ｋｇｆ（０～４００）の場合

　　　　　断面積＝厚×幅＝５．５８３ｍｍ×２０．４８３ｍｍ＝１１４．３５７ｍｍ^２

　　　　　　応力＝荷重÷断面積＝３００ｋｇｆ／１１４．３５７ｍｍ^２＝２．６２ｋｇｆ／ｍｍ^２

　　・直角形（θ＝４５°）ロゼットゲージによる応力測定結果と材力計算との比較

　　　　　σ_１＝３．４２ｋｇｆ／ｍｍ^２

　　　　　誤差率＝｛（３．４２－２．６２）／２．６２｝×１００＝３０．５％

　　・等角形（θ＝６０°）ロゼットゲージによる応力測定結果と材力計算との比較

　　　　　σ_１＝３．１２ｋｇｆ／ｍｍ^２

　　　　　誤差率＝｛（３．１２－２．６２）／２．６２｝×１００＝１９．１％

（ｃ）実験全般についての感想。

　今回は、前回の実験をふまえて、改良点などをあげて実験を行った。いままでの実験は、今回のような実験結果を確認してから、再び実験するというスタイルが新鮮に感じた。

　いつもなら、実験は一回限りのものがほとんどだが、実験を正しく考察するためにしっかりとデータを見極めるところがとても現実的な実験であるように思える。

・付録

　●１週目に行った実験のデータ

　●２週目に行った実験のデータ