1. 안전 계수 (factor of safety, safety factor) : n
ㅇ 기계 구조물이 파손 없이, 제대로 기능을 수행하도록 하는, 설계 기준
- 통상, `재료가 파괴되는 한계 강도`와 `설계시 예상되는/허용하는 최대 응력`과의 비율
. (기계공학에서, 설계시 많이 사용함)
ㅇ (안전 계수) n = (재료의 기준 강도) / (허용 응력) > 1.0 (1.0 ~ 10)
* 여기서,
. 항복 강도, 극한 강도, 파괴 강도 등을 재료의 `기준 강도`로 사용
. 설계시 허용가능한/예상되는 최대 응력 등을 `허용 응력`으로 사용
. 통상, 재료의 기준 강도 보다 허용 응력을 작게 하여, 안전 계수를 정하게 됨 (> 1.0)
. 이때, 하중,상황에 따라, 안전 계수를 통상 다음과 같이 정함
.. (정적 하중 : 1.5 ~ 2.5, 동적 하중 : 3.0 ~ 4.0, 충격 하중 : 6.0 이상 등)
.. (일상 : 2, 인명 관련 : 4 ~ 5, 재해,재난 관련 : 10 정도)
2. 기준 강도
ㅇ (기준 : 항복 강도)
- 안전계수 : n = (항복 강도) / (허용 응력)
. 인장 : n = σY/σallow = (인장 항복 응력) / (인장 허용 응력)
. 전단 : n = τY/τallow = (전단 항복 응력) / (전단 허용 응력)
ㅇ (기준 : 극한 강도, `초과하면 재료가 파괴됨`)
- (주로, 콘크리트나 플라스틱과 같은 취성 재료, 목재,고강도 강 처럼,
명시적으로 항복 강도가 정의되지 않은 재료에 한하여 적용)
- 안전계수 : n = (극한 강도) / (허용 응력)
. 인장 : n= σU/σallow = (인장 극한 응력) / (인장 허용 응력)
. 전단 : n= τU/allow = (전단 극한 응력) / (전단 허용 응력)
2. 허용 응력 (allowable stress) : σallow, τallow
ㅇ 안전 사용을 위해, 허용 가능한(예상되는) 최대 응력
- 특정 재료, 특정 구조물 등에 대해 설정됨
ㅇ (허용 응력) = (항복 강도) / (안전 계수)
- (인장시) σallow = σY/n1
- (전단시) τallow = τY/n2
※ 특정 재료,구조물에 허용 응력이 설정되면, 이후 기계적 허용 하중이 결정됨
- (허용 하중) = (허용 응력) x (단면적)
ㅇ 허용 응력의 수준에 영향을 미치는 요소들의 例)
- 재료의 강도
- 하중의 종류
- 기하학적 형태
- 기타 영향 (온도, 내부 또는 잔류 응력)