1. 재료 역학 용어 및 정리
※ (용어 소개) ☞ 아래 2.~11.항 참조
※ (요약 정리) ☞ 재료역학 일부 요약정리 참조 (by OneNote)
- "SI재료역학 (9판,2017) (Goodno,Gere) 번역판"을 기초로함
2. 기초 용어
ㅇ 힘 (Force) : 운동 상태를 변화시키는 원인 [N(Newton)]
ㅇ 하중 (Load) : 구조물에 작용하는 외력 (정하중, 동하중 등)
ㅇ 응력 (Stress) : 단위 면적당 작용하는 내부 저항력 [Pa (N/m²)]
ㅇ 변형률 (Strain) : 원래 길이에 대한 변형된 길이의 비율 (무차원)
ㅇ 강성 (Stiffness) : 물체가 외력에 저항하는 능력 (강할수록 변형이 적음)
ㅇ 탄성 (Elasticity) : 외력을 제거하면 원래 형상으로 되돌아가는 성질
ㅇ 소성 (Plasticity) : 외력 제거 후에도 영구 변형이 남는 성질
ㅇ 연성 (Ductility) : 파단 전에 큰 변형이 가능한 성질
ㅇ 취성 (Brittleness) : 변형 없이 파단되는 성질 (유리,주철 등)
ㅇ 비례한도 (Proportional Limit) : 응력과 변형률이 비례 관계를 유지하는 최대 응력
3. 응력의 종류
ㅇ 인장 응력 (Tensile Stress) : 재료를 잡아당길 때 생기는 응력
ㅇ 압축 응력 (Compressive Stress) : 재료를 누를 때 생기는 응력
ㅇ 전단 응력 (Shear Stress) : 물체 내부 면을 따라 작용하는 응력
ㅇ 축 응력 (Axial Stress) : 축 방향으로 작용하는 응력
ㅇ 열 응력 (Thermal Stress) : 온도 변화로 인해 생기는 응력
4. 변형 및 변형률의 종류
ㅇ 인장 변형률 (Tensile Strain) : 인장 시 길이 변화율
ㅇ 전단 변형률 (Shear Strain) : 전단 시 각도 변화에 대한 비율
ㅇ 체적 변형률 (Volumetric Strain) : 부피 변화율
ㅇ 허용 변형률 (Allowable Strain) : 구조물에 허용되는 최대 변형률
ㅇ 영률 (Young Modulus) : (인장 응력)/(인장 변형률), 재료의 탄성 계수
5. 주요 파라미터(특성)
ㅇ 탄성 계수 (Modulus of Elasticity) : 변형에 대한 저항 정도
ㅇ 전단 계수 (Shear Modulus) : 전단에 대한 저항 정도
ㅇ 체적 탄성 계수 (Bulk Modulus) : 압축에 대한 저항 정도
ㅇ 푸아송 비 (Poisson's Ratio) : (횡방향 변형률 / 종방향 변형률)의 比
ㅇ 항복 강도 (Yield Strength) : 소성 변형이 시작되는 응력
6. 보의 구조 및 하중 조건
ㅇ 보의 종류
- 정정보 : 단순보, 외팔보, 돌출보
- 부정정보 : 양단 고정보, 일단 고정 타단 지지보, 연속보
ㅇ 하중 분포 (Load Distribution) : 하중이 작용하는 분포 형태 (집중, 분포 등)
ㅇ 전단력 (Shear Force) : 단면을 따라 자르려는 힘
ㅇ 굽힘 모멘트 (Bending Moment) : 보를 휘게 만드는 모멘트
7. 선도 및 해석 도구
ㅇ 선도 : 보의 길이에 따른 전단력,굽힘모멘트 등에 대한 분포 모양을 나타낸 도식
- 전단력 선도 (Shear Force Diagram, SFD) : 보의 길이에 따른 전단력의 분포 도식
- 굽힘모멘트 선도 (Bending Moment Diagram, BMD) : 보의 길이에 따른 굽힘 모멘트의 분포 도식
ㅇ 정적 평형 (Static Equilibrium) : ∑F = 0, ∑M = 0 조건을 만족해야 하는, 선도 작성의 기본
ㅇ 경계 조건 (Boundary Conditions) : 지점 조건(힌지,롤러,고정단 등)에 따른 전단력,모멘트 값
ㅇ 불연속점 (Discontinuity) : 집중 하중 지점에서 SFD는 불연속, BMD는 기울기 변화
ㅇ 최대 전단력 위치 : 전단력 선도에서 가장 큰 절댓값을 가지는 지점 (종종 단면 설계에 중요)
ㅇ 최대 모멘트 위치 : 굽힘 모멘트가 최대가 되는 지점 (파단 위험이 가장 큰 곳)
ㅇ 전단력 = 0의 지점 : BMD에서 최대/최소 모멘트가 되는 지점과 일치
ㅇ 연속 하중 (Distributed Load) : SFD의 기울기를 결정. w(x) ≠ 0일 때 SFD는 곡선이 됨
ㅇ 선도의 기울기 관계 : dV/dx = -w(x), dM/dx = V(x) 관계가 적용됨 (선도 간 수학적으로 연관됨)
8. 응력 해석 및 이론
ㅇ 모어의 원 (Mohr's Circle) : 2차원 응력 상태 시각화 방법
ㅇ 후크의 법칙 (Hooke's Law) : 응력은 변형률에 비례
ㅇ 평면 응력 (Plane Stress) : 얇은 판에서 두께 방향 응력을 무시한 상태
ㅇ 평면 변형률 (Plane Strain) : 두께 방향 변형률이 0인 상태
ㅇ 최대 전단 응력 이론 (Tresca) : 항복 기준 중 하나
9. 좌굴 및 비틀림
ㅇ 좌굴 (Buckling) : 압축 하중으로 인해 갑작스럽게 휘어지는 현상
ㅇ 좌굴 하중 (Critical Load) : 좌굴이 발생하는 최소 하중
ㅇ 기둥 (Column) : 축 방향 하중을 받는 구조 부재
ㅇ 비틀림 (Torsion) : 축을 중심으로 비트는 하중
ㅇ 극 관성 모멘트 (Polar Moment of Inertia) : 비틀림 저항 정도
10. 단면 특성 및 기하학적 요소
ㅇ 단면 2차 모멘트 (Moment of Inertia) : 굽힘 저항에 영향을 주는 값
ㅇ 단면 계수 (Section Modulus) : 굽힘 응력 계산에 사용
ㅇ 중심축 (Neutral Axis) : 굽힘 시 변형이 없는 축
ㅇ 중립면 (Neutral Surface) : 보의 휨 시 변형 없는 면
ㅇ 지름 (Diameter) : 원형 단면의 크기
11. 재료 및 파단 관련 용어
ㅇ 인성 (Toughness) : 재료가 파단되기까지 흡수할 수 있는 에너지
ㅇ 피로 (Fatigue) : 반복 하중에 의해 발생하는 파손
ㅇ 크리프 (Creep) : 장시간 하중에 의해 발생하는 느린 변형
ㅇ 응력 집중 (Stress Concentration) : 틈, 홈 등에서 응력이 집중되는 현상
ㅇ 파괴 인성 (Fracture Toughness) : 균열이 존재할 때의 파단 저항 능력