재료역학이란 여러 종류의 하중을 받고 있는 고체의 거동을 다루는 응용역학이다.
여기서 하중은 기준에 따라 나뉘지만
외부에서 작용하는 하중 즉 외력이다.
외력은 받은 물체는 힘을 받기만 하지 않고
그 힘에 평행되는 힘으로 저항한다.
그것이 바로 외력이다.
응력이란 물체에 외력이 가해지면 변형하는 동시에 저항력이 생겨 외력과 평형을 이룬다.
이러한 저항력을 응력이라 하며 단위면적당 내부 저항력이다.
이는 압력과 같은 단위인데, 차이점은 압력은 외부에서 가해지는 외부력인데 반해
응력은 내부에서 작용하는 내부력으로 측정할 수 없다.
식 1은 응력을 표시하는 대표적인 식인데, 이 식을 변형하면
다양한 응력을 표현할 수 있다.
1. 인장응력 (Tensile Stress)
잡아당기는 힘에 의해 부재의 단면에 발생하는 내부저항력으로써
으로 표시한다. 여기서 P는 인장하중, A는 인장하중을 받는 부분의 단면적이다.
2. 압축응력 (Compressive Stress)
압축하는 힘에 의해 부재의 단면에 발생하는 내부 저항력이다.
위와 같이 표현되며 P는 예측 가능하듯 압축하중이다
3. 전단응력 (Shear Stress)
단면에 수평으로 작용하는 응력으로
위와 같이 표현한다. P를 사용하여 표현하는 경우도 있고, V를 사용하여 표현하는 경우도 있다.
4. 비틀림 응력 (Torsion Stress)
비틀림 응력이란 봉의 길이 축에 대하여 회전을 일으키고자 하는
모멘트(또는 토크)의 작용을 받는 곧은 봉이 비틀리는 현상을 의미한다.
위와 같이 표현하는데 T는 토크 r은 반지름(직사각형일 경우 중심점에서 꼭지점까지)
Ip는 극 관성모멘트를 의미한다.
극 관성 모멘트는 비틀림에 대해 견디는 능력의 척도를 나타내는 단위인데
나중에 자세히 알아보자.
5. 굽힘응력 (Bending Stress)
지지를 받고있는 보에 외력이 가해지면 굽힘이 발생하는데
이 굽힘에 저항하는 응력이 굽힘응력이다.
위와 같이 표현되는데 fb는 (최대)굽힘응력이다. 최대란 말이 자주 생략되는데
그 이유는 당연히 보의 위치에 따라 굽힘 응력이 달라진다.
그래서 관습적으로 최대 굽힘응력에 관심이 많이 가기 때문에
최대란 말이 자주 생략된다.
M은 굽힘모멘트 S는 단면계수이다.
이 역시 다음에 자세히 알아보자.
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