전단강도 / Shearing strength
전단강도 (Shear Strength)
- 정의: 전단강도는 재료가 전단력에 의해 파단되는 최대 강도를 의미합니다. 쉽게 말해, 재료가 힘을 받았을 때 얼마나 강하게 저항할 수 있는지를 나타내는 지표입니다.
- 영어 표현: “Shearing”이라는 단어는 절단하는 행위를 뜻합니다. 이 용어를 통해 전단강도의 개념을 이해하기 쉬워집니다.
- 실생활 예시: 예를 들어, 가위로 종이를 자를 때 가위의 힘이 종이의 전단강도를 초과하면 종이는 잘리게 됩니다. 즉, 전단강도가 넘으면 재료가 파단되는 것입니다.
금속 가공에서의 전단강도
- 절단 방식: 금속 가공에서는 전단기가 사용됩니다. 전단기는 두 개의 전단날(칼날)이 서로 닫히면서 재료를 절단합니다. 이 과정을 샤링(sharpening)이라고도 합니다.
- 유압 시스템: 전단기는 종종 유압으로 작동되며, 칼날이 강판, 스테인리스 스틸(S.T.S.) 판, 망 등을 절단하는 데 사용됩니다.
전단응력 (Shear Stress)
- 정의: 전단응력은 재료가 전단력을 받을 때, 그 힘에 저항하며 발생하는 응력을 의미합니다. 즉, 전단력에 의해 재료 내부에서 발생하는 스트레스를 나타냅니다.
- 산출: 전단응력은 일반적으로 단위 면적당 작용하는 전단력으로 표현되며, 수식으로는 다음과 같이 나타낼 수 있습니다: τ=FA\tau = \frac{F}{A}τ=AF 여기서 τ\tauτ는 전단응력, FFF는 전단력, AAA는 전단력이 작용하는 면적입니다.
전단강도의 결론
전단강도와 전단응력은 재료의 강도 및 안전성을 평가하는 데 필수적인 요소입니다. 금속 가공 및 기계 설계에서 이 두 개념을 잘 이해하고 활용하는 것이 중요합니다. 이들은 재료가 얼마나 잘 저항할 수 있는지, 그리고 어떤 상황에서 파단될 수 있는지를 파악하는 데 도움을 줍니다.
인장 강도 / Tensile Strength
- 정의: 인장강도는 물체가 잡아당기는 힘에 견딜 수 있는 최대 응력(저항력)을 의미합니다. 이는 재료의 기계적 강도를 나타내는 중요한 지표입니다.
- 계산 방법: 긴 막대 모양의 시편을 잡아당기면 하중이 가해지며, 시편은 하중에 비례하여 늘어납니다. 하지만 일정한 하중 이상에서는 비례 관계에서 벗어나게 됩니다. 최대 하중 MMM을 시편의 원래 단면적으로 나누어 인장강도를 계산합니다. 즉, 인장강도는 단위 면적당 지탱할 수 있는 최대 하중을 의미합니다.
인장시험 절차
- 시험편 준비: 인장시험을 위한 시험편의 단면적을 측정하고, 표점 거리를 표시합니다.
- 장착: UTM(Universal Testing Machine) 상부에 시험편을 장착하고 영점을 잡습니다. 하부도 같은 방법으로 장착합니다.
- 시험 진행: 표준 절차에 따라 시험 속도를 조절하며 시험을 진행합니다.
- 파단 후 측정: 파단된 시험편을 빼내고 파단부의 단면적을 측정합니다.
응력-변형률 그래프
- 인장시험을 통해 얻은 데이터는 응력-변형률 그래프(S-S Curve)를 형성합니다. 이 그래프는 다음과 같은 정보를 제공합니다.
- 탄성 변형 구간: 재료가 원래 형태로 돌아갈 수 있는 구간.
- 소성 변형 구간: 재료가 영구적으로 변형되는 구간.
- 항복강도: 재료가 항복하는 지점에서의 응력.
- 인장강도: 최대 하중에 도달하는 지점에서의 응력.
- 연신율: 재료의 변형 정도를 나타내는 값.
- 단면 수축률: 파단 후 단면적의 감소를 측정한 값.
이러한 데이터들은 재료의 기계적 특성을 평가하고, 설계 및 사용에 있어 중요한 참고 자료로 활용됩니다.
