하중(load)과 응력(stress)이란?
하중이란 물체에 작용하는 외력을 의미하며, 일반적으로 ‘힘이 세다’라고 할 때 이 힘이 하중을 가리킵니다. 외부에서 물체에 가해지는 힘이 하중이고, 응력은 물체가 외부 힘에 대항해 내부에서 발생하는 저항력 또는 변형력입니다. 하중이 응력보다 클 경우 물체에 변형이 발생하게 되며, 예를 들어 나뭇가지를 부러트릴 때 가해지는 힘은 하중이고, 나뭇가지가 힘에 저항하여 부러지지 않을 때 작용하는 힘은 응력입니다. 이번 포스팅에서는 하중의 분류 방법과 다양한 하중의 종류에 대해 알아보겠습니다.
하중의 작용속도(시간) 따른 분류
정하중
정하중은 시간에 따라 크기가 변화하지 않거나 변화하더라도 무시할 수 있는 정지하중을 의미합니다.
동하중
동하중은 정하중과 달리 힘의 크기, 방향 및 작용점이 시간에 따라 변하는 하중으로, 주로 동역학에서 다루어집니다. 동하중은 다음과 같은 종류로 세분화됩니다:
- 반복하중: 하중의 방향과 크기, 작용점의 위치가 일정하며, 주기를 가지고 반복적으로 작용하는 하중입니다.
- 교번하중: 하중의 방향과 크기가 주기적으로 변하고, 일정한 작용점에 작용하는 하중입니다.
- 충격하중: 매우 짧은 시간에 한 점에 강하게 작용하는 하중으로, 일반적으로 정하중과 동일한 크기의 충격하중이 가해질 경우 더 큰 응력과 변형을 유발합니다. 이 경우 고체역학에서 충격에 의한 응력과 변형을 계산할 때 제한적으로 다뤄집니다.
- 이동하중: 힘의 작용점이 시간에 따라 변하는 하중입니다.
- 임의 진동 하중: 하중의 방향과 크기가 특별한 주기를 갖지 않고 시시각각 변화하는 하중으로, 일반적으로 지진하중과 같은 경우에 해당합니다.
하중의 작용방법에 따른 분류
인장하중
인장하중은 부재를 축 방향으로 당겨서 길이를 늘어나게 하는 하중입니다. 이 하중은 x, y, z 축 방향으로 모두 작용할 수 있습니다.
압축하중
압축하중은 인장하중과 반대로 부재를 축 방향으로 누르는 하중으로, 부재의 길이가 줄어들도록 작용합니다. 이 역시 x, y, z 축 방향으로 작용할 수 있습니다.
전단하중
전단하중은 부재를 축 방향 단면에서 자르는 것처럼 작용하는 하중입니다. 이 하중은 부재의 단면에서 전단 변형을 유도합니다.
굽힘하중
굽힘하중은 부재의 축에 각을 이루며 부재를 구부리는 방향으로 작용하는 하중입니다. 굽힘하중이 작용할 때, 구부러진 부재의 바깥쪽 지름 방향에는 인장하중이, 안쪽 지름 방향에는 압축하중이 발생합니다.
비틀림하중
비틀림하중은 빨래를 짜듯이 부재가 비틀어지는 방향으로 가해지는 하중입니다. 이 하중은 부재 축의 중심에서 일정 거리 떨어진 지점에서 작용하며, 축 주위에 모멘트를 발생시킵니다.
하중의 분포상태에 따른 분류
집중하중
집중하중은 가장 일반적인 정하중의 형태로, 하중 분포가 하나의 하중점에 집중되어 있는 것을 의미합니다. 이는 특정 지점에 힘이 작용하는 경우로, 구조물의 설계 및 해석에서 주로 사용됩니다.
분포하중
분포하중은 부재의 표면이나 선에 연속적으로 분포되어 가해지는 하중을 의미합니다. 분포하중은 다음과 같이 세분화됩니다:
- 균일분포하중: 하중이 부재의 전 구간에 걸쳐 일정하게 분포되는 경우.
- 불균일분포하중: 하중의 크기가 부재의 구간에 따라 변하는 경우.
- 경사분포하중: 하중이 특정한 경사각을 이루며 분포되는 경우.
분포하중은 특정 위치에 가해지는 집중하중으로 치환할 수 있으며, 일반적으로 분포하중이 가해지는 부재의 응력과 변형은 집중하중으로 단순화하여 계산하는 경우가 많습니다. 이러한 하중의 이해는 구조물의 안전성과 성능을 평가하는 데 필수적입니다.
하중의 단위 / 절대단위 / 중력단위
참고 블로그 : https://blog.naver.com/locamve
