[재료역학기본개념-1] 외력, 내력, 수직응력, 전단응력의 정의

첫 포스팅은 모든 힘의 분석의 기본인

외력과 내력의 정의, 그리고 수직응력 전단응력을 하겠습니다.

 

---

※ 이번 포스팅의 소제목 내부링크

1. 외력의 정의

2. 내력의 정의

3. 수직응력의 정의

4. 전단응력의 정의

5. 하중,전단력,굽힘모멘트 개념과 선도 (개념) (링크)

6. 하중,전단력,굽힘모멘트 개념과 선도 문제1 (링크)

7. 하중,전단력,굽힘모멘트 개념과 선도 문제2 (링크)

 

---

 

1.  외력의 정의

보통 어떤 구조나 물체에 대해 힘을 정의 할 때 외력과 내력을 정의합니다.

그리고 재료역학에서는 보통 움직이지 않는 정적인 상태(합력=0)의 힘을 분석합니다.

힘은 외력과 내력으로 나눌 수 있습니다.

 

외력은 그림과 같이 구조나 물체의 외부에서 작용하는 힘입니다.

움직이지 않는 정적인 상태라 당연히 외력의 합력은 0입니다.

 

 

 

2.  내력의 정의

내력은 구조나 물체의 내부에서 작용하는 힘입니다.

그림에서는 물체의 재료, 입자 등 으로 표현할 수 있습니다.

외적으로 운동이 없으니 내적으로도 운동이 없으니까 당연히 내력도 합력이 0입니다.

재료역학에서는 정역학 계산(힘과 모멘트 합력 0)을 통해 외력을 계산하고 이를 통해

내력을 구하거나, 재료에 대한 영향을 분석합니다.

 

---

 

 

여기서 기본적으로 쓰이는 용어가 응력인데,

응력= 힘/면적 이므로 압력과 같은 의미(식이 같음)와 단위(Pa)를 가지고 있습니다.

응력도 크게 2가지로 나눌 수 가 있습니다.

 

 

3. 수직응력의 정의

수직응력도 힘의 방향에 따라 나뉘어집니다. 물체를 잡아당기는 방향이면 인장응력이고, 

반대로, 서로 반대방향에서 물체를 향하는 방향이면 압축응력입니다. 

보통 인장응력이 부호가 +, 압축응력이 -를 사용합니다.

아래 그림에서는,

힘이 면적에 대해 수직방향으로 작용했을 때, 

절단선따라 생긴 단면적의 전체에 힘이 수직방향으로 전부 작용하기에

응력의 식은 아래와 같습니다. 

 

 

 

4. 전단응력의 정의

전단응력=전단력/단면적 입니다.

전단력은 부재를 전단, 즉 자르려고 하는 힘입니다.

그림을 보면서 설명하겠습니다.

노란 물체에 핀이 꽂혀있고, 노란물체가 오른쪽으로 힘F를 잡아당기고 있습니다.

그러면 이 구조는 정지해있다면 합력은 0이므로 핀이 노란물체를 왼쪽으로 당기고있고

작용 반작용에 의해서

아래그림과 같이  노란물체가 노란물체가 접촉하는 부위만큼 오른쪽으로 핀에 작용하고 있습니다.

그리고, 경계면적 2군데가 있으며 각 면적을 1과 2라고 하겠습니다.

 

 

이러한 힘 구조에 의해서 아래그림처럼 핀은 전단되는 힘을 받게 됩니다.

그래서 전단력이라 표현되며 힘의 작용하는 것은 아래와 같습니다.

(노란물체에 작용하는 힘에 의해 핀이 전단 된다는 것을 생각한 것을 표현한 그림입니다.)

 

 

 

그리고 전단력을 전단응력으로 표현하면 2군데에서 전단력이

각각 단면적에 평행하게 작용하기 때문에 

전단력은 잡아당기는 힘 F의 절반이 되며,

각각 1번,2번에 해당하는 전단응력을 각각 구하기 위해서는

아래와 같은 식이 생성됩니다.

 

 

 

수직응력과 달리 전단응력은 전공문제에서 난이도가 좀 있습니다.

힘의 구조를 잘 분석하시고 

힘에 의해서 어떤 물체가 어떻게 전단 될지 상상해 보시기 바랍니다.(위위 그림처럼)

수직응력과 전단응력이 어떻게 어디서 발생되는지는 가장 중요한 개념임을 잊지 마시기 바랍니다.

 

다음은 하중분포와 전단력, 굽힘모멘트를 통해  해석하는법과

이를 문제(난이도 ★★★☆☆, 기사문제보다는 어려움)에 어떻게 적용하는지

풀이를 보여드리겠습니다.

 

 

5. 전단력,굽힘모멘트선도 개념(링크)

반응형

 

전단력과 굽힘모멘트 선도의 개념부터 보시고

아래의 6번 7번의 링크에 접속하여,

문제를 풀고, 풀이를 이해하시기 바랍니다.

 

 

 

6. [재료역학기본개념-2-2] 하중,전단력,굽힘모멘트 개념과 선도(링크)

[재료역학기본개념-2-2] 하중,전단력,굽힘모멘트 개념과 선도

 

 

7. [재료역학기본개념-2-3] 하중,전단력,굽힘모멘트 개념과 선도 문제2 (링크)

[재료역학기본개념-2-3] 하중,전단력,굽힘모멘트 개념과 선도

 

---

앞으로도 엔지니어에게 좋은 지식과 정보를 이해하기 쉽게 글을 포스팅하겠습니다. (By. 요르문간드)