[재료역학]3장.열응력, 탄성에너지

기존에 응력을 수직응력(인장, 압축), 전단응력 이렇게 나눴었는데,

이번에는 새로운 응력인 열응력을 알아보자.

 

거듭말하지만 응력에 따라 재료가 변형될 수 있다.

그래서 재료의 변형을 다루는 [재료역학]에서는 응력이 수없이 거론된다.

 

그리고 열응력은 단어에서 바로 알 수 있듯이, 열에 의해 응력이 발생하는 것이다.

재료변형이라는 관점에서 온도를 생각해보면 어찌보면 당연한 것이다.

고체를 뜨겁게 가열하면 팽창되고, 차갑게 냉각시키면 수축된다.

 

공식은 변형률=선팽창계수*온도변화이다. 

당연히 이 선팽창계수도 재료에 따라 다르다.

 

식에서 볼수 있듯이 선팽창계수가 높으면 변형률도 자동으로 높아진다.

 

그래서 선팽창계수가 높은 스테인레스 재질의 배관등을 쓸때는 도장을 잘 하지않는다.

왜냐하면 온도에 따라 팽창하고 수축하면서 도장이 다 떨어져 나가기 때문이다.

 

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다음은 탄성 에너지이다.

에너지란 힘*거리의 단위이며 E=J=N*m 이렇게 생각하면 된다.

 

U=1/2*하중*변형량. 이게 공식이다.

여기서 U는 탄성에너지를 뜻하며, 왜 저런식이 나왔을까 생각해보자.

 

 

음.. 사실은 되게 간단하다.

 

지난번에 도출한 변형량 공식을 토대로 보면,

 

변형량은 결국 하중에 비례하는 함수이다.

길이와 면적이 달라지잖아요~ 라고 말할 수 있지만 

이론적으로 우리는 공칭응력을 다루며, 이론을 세울때에는 변형량을 고려하지 않는다.

진응력과 같이 실제 재료를 인장시키면서 면적이 좁아지는 것을 고려하는 식도 있지만 잘 안쓰인다. 

복잡하고 어차피 우리가 다루는 탄성영역에선 거의 비슷한 거동을 지니기 때문이다.

 

여하튼 에너지의 차원이 힘*거리 라는것을 생각해보면,

일차선의 함수를 적분하면되고 밑에 영역인 삼각형의 넓이(에너지양)가 나온다.

 

즉 1/2*하중*변형량인 것이다.

 

나중에 변형량에 축의 처짐변형량을 대입하여 , 에너지를 구하기도 하므로 일기준비생이라면 꼭 알고가는 것이 편하다.

일일이 에너지식을 다외우기엔 정말 비효율적이다..

 

-- 이정도로 마치며

충격응력과 회전원환의 후프응력도 있지만 별로 중요하지 않기 때문에 다루지 않았고,

얇은 원통에서의 내압과 축응력은 중요한 것인데 설명하려면 그림을 좀 넣어야 할 것 같아 귀찮아서 생략했다.

 

중요한 파트인데 포스팅해야하나.. 면접준비 카테고리를 한다면 무조건 넣었을텐데, 나중에 기회가 된다면

내압을 받는 원통에 대해서 포스팅하도록 하겠다.