3. 재료역학 개요 3.1 응력과 변형률 (1) 하중 1) 하중의 개요 ; 모든 기계나 구조물을 구성하고 있는 각 부분은 외부에서 작용하는 힘, 즉 외력을 받고 있다. 따라서 기계나 구조물의 각 부분은 이들 외력에 견디고 변형도 일으키지 않으면서 충분히 그 기능을 발휘하여야 하는데, 이때 물체에 작용하는 외력을 하중(load)이라고 한다 2) 하중의 종류 하중이 물체에 작용하는 상태에 따라서 - 인장하중 ; 재료를 축 방향으로 잡아당기도록 작용하는 하중 - 압축하중 ; 재료를 축 방향으로 누르도록 작용하는 하중 - 전단하중 ; 재료를 가로방향으로 미끄러뜨려서 작용하는 하중. 이 외에 재료가 휘도록 작용하는 휨 하중, 재료가 비틀려지도록 작용하는 비틀림 하중 등이 있다. 하중이 물체에 작용하는 속도에 따라서 - 정하중(static load) ; 어느 무게의 물체를 올려놓거나 매달았을 때와 같이 정지하고 변화하지 않는 하중. 또는 아주 조금씩 증가하면서 작용하는 하중 -동하중(dynamic load) ; 비교적 짧은 시간 내에 변화하면서 작용하는 하중으로서 반복하중, 교번하중, 충격하중 등이 있다. 하중의 분포상태에 따라서 - 집중하중과 분포하중으로 나눌 수 있다.
3. 재료역학 개요 표 3-1 하중과 응력 힘 또는 모멘트 발생응력 관계식 비고 축방향하중(인장,압축) 인장 또는 압축응력 A는 인장 또는 압축단면의 면적 전단하중 직접 전단응력 As는 전단단면의 면적 비틀림 모멘트 비틀림 전단응력 굽힘 모멘트 굽힘 응력(인장, 압축)
3. 재료역학 개요
3.5 응력집중 (2) 봉 에서의 응력집중 ; 봉에서의 응력집중은 원형단면의 봉에서 급격히 단이 진 부분, 키홈이 있는 부분 등에서 발생한다. 응력집중 정도는 재료의 모양, 표면 거칠기, 작용하는 하중의 종류(인장, 비틀림, 굽힘)와 하중의 크기에 따라 달라진다. 그림 3-5 단이 진 원형봉의 응력집중 (3) 응력집중 경감 대책 ; ① 단이 진 부분의 곡률 반지름을 크게 하거나 단면의 변화가 완만하게 변화하도록 테이퍼 지게 한다. ② 몇 개의 단면 변화부를 설치하여 재료 내의 응력 흐름이 완만하게 한다. ③ 응력집중부에 보강재를 결합하여 응력집중을 완화한다. ④ 열처리를 하여 경도를 증가시키거나 또는 표면 거칠기를 정밀하게 한다.
3.6 보 (1) 보와 하중 - 기계구조를 이루는 요소 중 막대가 그 축 방향과 직각인 하중을 받으면 구부러지는데, 이와 같이 굽힘 작용을 받는 막대를 보(beam)라 한다. 보를 받치고 있는 점을 받침점(supporting point) 또는 지점이라 하고, 두 받침점 사이의 거리를 스팬(span)이라 한다. 보의 종류 ; 외팔보(cantilever beam), 단순 지지보(simply supported beam), 내다지보(overhanging beam), 연속보(continuous beam), 고정보(fixed beam), 고정 지지보(supported and fixed beam) 등 (2) 보의 평형 힘의 평형조건 : 그림과 같이 단순보에 하중 W가 작용하여 받침점에 각각 RA, RB의 반력이 생겼을 때 물체가 정지상태에서 하중을 받으면서 그 지지점이 하중 작용 방향으로 밀려나지 않고 평형을 이루려면 물체에 작용하는 외력의 각 방향으로의 대수합이 0이 되어야 한다 W-RA –RB = 0 (3-17) 그림 3-6 보의 평형