타워크레인 관련 기초역학 한국산업안전공단 대전광역지도원 교육정보센터 장 완 수 부장 한국산업안전공단 대전광역지도원.

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1 타워크레인 관련 기초역학 한국산업안전공단 대전광역지도원 교육정보센터 장 완 수 부장 한국산업안전공단 대전광역지도원

2 1.재료역학의 기초 1. 하중(Load) 기계나 기계구조물에 가하는 외력을 하중이라 하고,
W(Weight), F(Force) 이며, 단위로 Kgf, SI단위로N 가. 하중의 종류 1) 수직하중 2) 전단하중 3)비틀릠하중 4)굽힘하중 5)좌굴하중 나. 하중의동작상태 1)정하중 2) 동하중 : 반복하중, 교번하중, 충격하중 다.하중의 분포형태 1) 집중하중 2)분포하중

3 2. 응력(Stress) 부재에 하중이 가해지면 외력에 대응하는 내력이 부재내부에 발생한다. 단위 kgf/cm2, SI 단위는 N/m2 L P m n d δ σ 균일단면봉 (prismatic bar) 인장(tension) 단면(cross section)

4 1) 수직응력(normal stress) 2) 전단응력(shear stress) 응력이 단면에 수직으로 작용할 때 생기는 응력
σ= P A (N/㎡) > 단위 면적당 힘 가) 인장응력(tensile stress) 축 하중 P에 의해 봉이 신장되는 경우의 응력 (양 +) 나) 압축응력(compressive stress) 축 하중 P의 방향이 반대로 되어 봉이 압축이 되는 경우의 응력 (음 -) 2) 전단응력(shear stress) 표면에 평행하게 작용하거나 접선방향으로 작용하는 응력 τ= V A

5 3. 변형율(strain) ε= δ L 재료에 하중을 가하면 재료 내부에 응력이 발생하고 재료가 변형을 일으킨다.
가) 인장변형율(tensile strain) 축 하중 P에 의해 봉이 인장을 받는 변형율 나) 압축변형율(compressive strain) 축 하중 P에 의해 봉이 압축이 되는 변형율 다) 전단변형율(shear strain)

6 응력과 변형률의 관계 응력  P 비례한계 e 탄성한계 Y1 상항복점 Y2 하항복점 U 극한강도 B 파 괴 B´
실제응력 변형률 U´ Y1 U e B Y2 공칭응력 변형률 P 변형률  탄성연역 소성연역 한국산업안전공단 대전광역지도원

7 축에 직각방향으로 작용하는 힘들에 저항하도록 설계된 구조물의 부재
5. 보(beam) 축에 직각방향으로 작용하는 힘들에 저항하도록 설계된 구조물의 부재 보(beam)는 인장이나 비틀림을 받는 봉재와 비교할 때, 그 부재에 작용하는 하중의 방향이 근본적으로 다르다. 인장을 받는 부재  하중이 축방향에 따라 작용 비틀림을 받는 부재 ---- 축방향의 벡터(vector)인 토오크(torque)를 받음 보에 작용하는 하중 ---- 하중이 축에 수직한 방향으로 작용

8 가) 단순지지보(simply supported beam)
Ra Rb a b L q A B 롤러(roller) 지지 핀(pin) 고정 수평이동 불가 연직이동 불가 회전 가능 수평이동 가능 연직이동 불가능 회전 가능 단순지지보(simply supported beam)

9 나) 외팔보(cantilever beam)
Ra a b q2 A q1 Ma B 외팔보(cantilever beam) 직선적 변화하중(linearly varying load) : 하중의 세기가 q1에서-q2까지 변해간다.

10 다) 돌출부를 갖는 보(overhang beam)
P2 M1 B C A a Ra Rb L 돌출부를 갖는 보(overhang beam) 집중하중(concentrated load) : P2 우력(couple) : M1

11 2.유체역학의 기초 1. 유체란(Fluid) 외력에 의해 전단응력이 발생하는 물질. 가. 유체의 종류
외력에 의해 전단응력이 발생하는 물질. 가. 유체의 종류 1) 압축성 유체 : 압력변화에 대하여 밀도의 변화를 무시 할 수 없는 유체 2) 비압축성 유체 : 압력변화에 대하여 밀도의 변화를 무시 할 수 있는 유체 3)점성유체 : 실제유체로 점성을 갖고 있는 모든 유체 4)이상유체 : 점성이 없고 비압축성인 유체 즉 완전유체

12 단위와 차원 유압과 관련된 SI단위 체계의 기본 단위 물리량은 국제 단위 계(SI), MKS 단위 계, CGS 단위계,
중력 단위 계,  척관법 단위 계 등이 있으나 1973년 ISO 이 제정되면서 SI 단위계가 국제적으로 널리 사용.  우리나라는 2001년,국제 단위만을 쓰도록 법제화되었다. 유압과 관련된 SI단위 체계의 기본 단위 . 길이 : 미터(m) . 질량 : 킬로그램(㎏) . 시간 : 초(second) . 온도 : 켈빈( K 혹은 ℃)

13 SI단위로의 환산방법

14 .SI단위에서 질량(mass)의 기본 단위는 킬로그램(㎏)
-뉴톤(Issac Newton)의 법칙에 의하여 힘과 질량은 다음의 관계 힘 = 질량 × 가속도 ( F = m × a ) 힘의 단위는 ㎏ㆍm/sec²이 되며 이를 뉴톤(N)이라 한다.  즉, 1 N은 1 ㎏의 질량을 가진 물체에 1 m/sec²의 가속도가 작용할 때를 의미한다.  (참고로) 1㎏의 질량을 가진 물체가 지구상에서는 9.81N(1㎏× 9.81m/sec²= 9.81㎏ㆍm/sec²= 9.81 N)의 힘을 내나 달의 중력 가속도는 지구 중력 가속도의 1/6 밖에 되지 않기 때문에 달에서는 N의 무게

15 . 힘의단위 . 동력(Power) W = mg에서
1) 1kgf = 1kg × 9.8m/sec² = 9.8kg.m/sec² = 9.8N 2) 1N = 1kg.m/sec² = 1000kg ×100cm/sec² = 10⁵dyne 3) 1dyne = 1g.cm/ sec² . 동력(Power) 단위시간당 행 한일 F.V = (kgf/sec) = F.V/75(ps) = F.v/102(kw) 동력단위 환산 1) 1ps = 1HP =75kgf.m/sec = 75 ×9.8N.m/sec = 75×9.8J/sec 2) 1kw = 102m/sec = 102 ×9.8N.m/sec = 1000J/sec 결국 1kgf.m/sec = I/75ps = 1/102kw

16 압력이란? ◎ Pascal의 원리 □ 압력 : 유체의 질점에 작용한 단위면적당 힘 １．압력은 벽면에 직각으로 작용한다
１．압력은 벽면에 직각으로 작용한다　 ２．압력은 모든 방향으로 동등하다　　 ３．밀폐된 내의 비압축성 유체의 질 점에 가해진 힘은 동시에 동크기로 　　모든 액체에 전달된다

17 SI 단위 : 압력의 단위 N/㎡ = 파스칼( Pascal, Pa)
. 압력은 단위 면적에 작용하는 힘 P = F / A 압력 단위는 힘에 kgf, 면적에 ㎠를 사용하는 kgf/㎠, bar 1 kgf/㎠ : 단위면적(1㎠)당 1 킬로그램 중 (1 kgf = 9.81 N)의 힘이 작용하는 것으로 공학단위라고한다. 1 바(bar) : 10 N/㎠ SI 단위 : 압력의 단위 N/㎡ = 파스칼( Pascal, Pa) 1 Pa : 1 N/㎡

18 1 토르(torr) : 수은주의 높이 1mmHg를 의미하며 주로 진공 압력을 표시할 때 주로 사용한다. 1 기압은 760 토르
1 kgf/㎠ = 9.81 N/㎠ = Pa  = 981 hPa  =  98.1 kPa = 14.3 psi = 735 torr 1 bar    = 10 N/㎠   = 100,000 Pa = 1000 hPa = 100 kPa = 14.5 psi = 750 torr 1기압   = N/㎠ = 101,300 Pa = 1013 hPa = kPa = 14.7 psi =760 torr

19 압력의 전달 밀폐된 용기의 압력은 모든 곳에 동일한 크기로 전달되게 되므로 힘을 증폭시키는 것이 가능하게 된다.
P₁= F1/A1 ,    P₂= F2/A2 파스칼의 법칙에 의하여 P₁= P₂     F1/A1 = F2/A2 F₂= F₁= A2/A1

20 압력의 관계

21 유압이란? 오일에 주어진 압력 또는 압력에너지 원동기로 유압펌프를 구동하여 기계적 에너지를
오일의 유체에너지로 변환하고  이것을 자유로이 제어하여 기계적 운동이나 일을 하게 하는 일련의 장치 또는 방식을 총칭함

22 베르누이의 정리 유량을 나타내는 식에서 체적 V를 단면적 A와 거리 s의 곱으로 나타내면 다음과 같은 식이 얻어진다.
Q = A v (Q:유량, A : 단면적, v : 유체의 속도) 단위 시간당의  체적으로 표시되는 유량은  단면이 변하는 파이프 내를 통과할 때  어느 곳에서든지 같다.  따라서 단면적이 작은 곳에서는 단면적이 큰 곳 보다 유체가 흐르는 속도가 더 빠르다. 한 배관에서 유량 Q는 같으므로 다음과 같은 연속 방정식 이 성립된다    Q = A₁V₁= A₂V₂= A₃ V₃

23 유압펌프의 분류 피스톤 펌프 기어펌프 베인펌프 외접 기어 내접 기어 고정형 가 변 형 액시얼 사 축 식 유압 펌프 래 디 얼

24 유압기기의 구성 요소 유압밸브 압력제어밸브 유량제어밸브 방향제어밸브 유압액츄에이터 유압실린더 유압모터 유압탱크 유압펌프
작업대상 동력원 전동기 엔진 전기에너지 유체에너지 기계에너지 에너지 흐름 유압의 5요소