내부 저항력
응력(stress)은 외력이 재료에 작용할 때 그 내부에 생기는 저항력을 의미하며, 변형력이라고도 하고 내력(內力)이라고도 합니다. 외부에 힘을 받아 변형을 일으킨 물체의 내부에 발생하는 단위면적당 힘입니다. 외력이 증가함에 따라 응력도 증가하지만 이에는 한도가 있어서 응력이 그 재료 고유의 한도에 도달하면 외력에 저항할 수 없게 되어 그 재료는 파괴됩니다. 응력의 한도가 큰 재료일수록 강한 재료라고 할 수 있으며, 응력은 고체역학 혹은 섬유 물리학에서 재료의 변형을 다룰 때 변형률과 함께 등장합니다.
압축 응력
압축 응력은 물체의 단면적에 수직으로 작용하여 물체를 압축하려는 힘으로 인해 발생하는 내부 응력입니다.
주요 특징
1. 방향: 물체의 길이를 감소시키는 방향으로 작용합니다.
2. 단위: 일반적으로 파스칼(Pa) 또는 뉴턴/제곱미터(N/m²)로 표현됩니다.
3. 계산: 압축력을 받는 면적으로 나누어 계산합니다 (σ = F/A).
압축 응력의 영향
1. 변형: 물체의 길이가 줄어들고 폭이 넓어집니다.
2. 파괴: 과도한 압축 응력은 물체의 파괴를 초래할 수 있습니다.
3. 탄성 한계: 탄성 한계 내에서는 응력이 제거되면 원래 형태로 돌아갑니다.
응용 분야
1. 건축: 기둥, 벽체 등의 구조물 설계
2. 기계 공학: 엔진 부품, 베어링 등의 설계
3. 재료 공학: 재료의 강도 테스트 및 개발
압축 응력 테스트
1. 압축 시험: 재료의 압축 강도를 측정하는 표준 테스트
2. 경도 시험: 재료 표면의 압축 저항을 측정
인장 응력
인장 응력은 물체를 늘어나게 하는 힘에 의해 발생하는 내부 응력입니다. 물체의 단면에 수직으로 작용하여 물체를 잡아당기는 형태로 나타납니다.
주요 특징
1. 방향: 물체의 길이를 증가시키는 방향으로 작용합니다.
2. 단위: 압축 응력과 마찬가지로 파스칼(Pa) 또는 뉴턴/제곱미터(N/m²)로 표현됩니다.
3. 계산: 인장력을 받는 단면적으로 나누어 계산합니다 (σ = F/A).
인장 응력의 영향
1. 변형: 물체가 길어지고 단면적이 감소합니다.
2. 파괴: 극한 인장 강도를 초과하면 물체가 파단됩니다.
3. 탄성 및 소성 변형: 탄성 한계 내에서는 응력 제거 시 원래 형태로 돌아가지만, 그 이상에서는 영구 변형이 일어납니다.
응용 분야
1. 건축: 교량의 케이블, 보 구조 등
2. 기계 공학: 스프링, 와이어, 벨트 등의 설계
3. 재료 공학: 금속, 폴리머, 복합재료의 특성 연구
4. 항공 우주: 항공기 동체, 우주선 구조물 설계
인장 응력 테스트
1. 인장 시험: 재료의 인장 강도, 항복 강도, 연신율 등을 측정하는 표준 테스트
2. 피로 시험: 반복적인 인장 응력에 대한 재료의 내구성 평가
인장 응력 곡선
1. 탄성 영역: 응력과 변형이 선형적 관계를 보이는 구간
2. 항복점: 탄성 변형에서 소성 변형으로 전환되는 지점
3. 소성 영역: 영구 변형이 일어나는 구간
4. 극한 인장 강도: 재료가 견딜 수 있는 최대 인장 응력
중요성
1. 재료 선택: 적절한 강도와 연성을 가진 재료 선택에 중요
2. 안전 설계: 구조물이나 기계 부품의 안전한 설계에 필수적
3. 품질 관리: 제품의 품질과 신뢰성 확보에 중요한 역할