1. 응력 변형률 곡선/관계/선도
※ 재료의 기하학적 형상(치수,모양)과는 상관없이, 재료의 기계적 거동(성질,물성)을 보여줌
※ 크게, 다음 2가지의 거동 형태로써, 구분 가능
ㅇ 선형 탄성 변형 거동
- 보통, 고체는 작은 변형률(0.001 또는 0.1% 이하)에서는,
- 선형적인 탄성 거동을 보임
. σ = ε E (σ : 응력, ε : 변형률, E : 탄성계수)
- 즉, 응력 - 변형률 곡선이 다음과 같이 선형적인 기울기를 갖음
ㅇ 소성 변형 거동
- 하중이 항복점 이상으로 증가하면, 더이상 응력,변형률 관계가 선형적이지 않으며,
- 소성 변형(영구 변형)되기 시작함
2. 응력,변형률 곡선의 상의 특성 요소
ㅇ 탄성 계수
- 응력 변형률 곡선 상의 기울기를 탄성계수(E [N/㎟]) 라고 함
ㅇ 탄성 에너지율
- 응력 변형률 곡선 아래 면적을, 탄성 에너지율(Modulus of resilience) 이라고 함
. 물체가 탄성적으로 저장 가능한 비 에너지(Specific Energy)
. 단위 : 단위 체적 당 에너지 [N-m/㎥]
3. 구조용 강(연강)의 응력-변형률 선도 예시
ㅇ 구조용 강 (연강, 저 탄소강) : (재료역학에서 가장 보편적 특성을 갖는 재료로 간주됨)
- 큰 소성 변형률을 수반하는 뚜렷한 항복점 존재
. 선형 영역에서 소성 변형 영역으로 급격하게 천이됨
- 파괴 발생 전 현저한 변형이 일어나, 보수 기회 부여
- 파괴 전 변형 에너지 많이 흡수
- 저 탄소강 : 약 0.2% 탄소 함유하는 철 합금
- 연성 재료로 분류
ㅇ 항복 응력 (yield stress), 항복 강도 (yield strength)
- 재료가, 탄성변형 한계를 넘어 영구변형(소성변형)이 시작되는, 최소 (임계) 응력 값
. 탄성 한계에 대한 실제적인 근사값임
- 구조물의 안전성에 대한 중요 기계적 특성 중 하나이며, 금속의 강도 평가에 자주 사용됨
- 일반적인 구조용 강재(Steel)의 항복 강도 : 약 250 ~ 350 MPa 정도
ㅇ 극한 응력 (ultimate stress), 극한 강도 (ultimate strength), UTS (Ultimate Tensil Strength)
- 응력이 최대점에 도달 후 감소하기 시작하는 점 (최대 응력 점)
. 응력 변형률 선도에서 최대 응력 지점
.. 이 지점 이후 네킹(necking) 발생
- 때론, 견딜 수 있는 최대의 응력
. 초과하면 재료가 파괴되기 시작하는 점
ㅇ 네킹 (Necking)
- 인장시험시, 응력 변형률 곡선에서,
- 선형 구간(탄성 한계)을 넘어서면, 길이방향으로 균일하게 눌어나며, 단면적이 감소함
- 이후 더욱 부하를 가하면, 시험편 일부분 만이 늘어나 가늘어져, 병목 모양이 되며,
. 이외의 부분은 거의 변형되지 않는 현상
- 한편, 만일, 더욱 부하를 가하면, 파단(분리)되며, cup-and-cone 형태를 띔
. 한쪽 파단면이 컵(cup), 다른쪽 파단면은 콘(cone) 형태가 되며.
. 이는, 연성 재료의 인장시험에서 많이 관찰되는 현상임
4. 응력 변형률 곡선으로부터 얻어지는, 주요 기계적 특성 (구간, 점)
ㅇ 탄성 영역 (Elastic Region)
- 응력이 작용해도 변형이 원래 상태로 복원되는 구간
. 후크의 법칙 적용 가능 : σ = E ε (E : 탄성 계수)
ㅇ 비례 한도 (Proportional Limit)
- 응력과 변형률이 비례 관계를 유지하는 구간 (선형 구간)
ㅇ 탄성 한도 (Elastic Limit)
- 이 지점까지는 변형 후 원래 상태로 복원 가능
ㅇ 항복점 (Yield Point)
- 영구 변형이 발생하기 시작하는 지점
ㅇ 소성 영역 (Plastic Region)
- 변형이 회복되지 않는 구간
ㅇ 최대 응력 (Maximum Stress), 최대 응력점 (Ultimate Tensile Strength, UTS)
- 이 곡선의 최고점으로 인장강도 임
. 물질이 견딜 수 있는 최대 응력
ㅇ 파괴점 (Breaking Point), 파단점 (Fracture Point)
- 시료가 파괴되는 지점