강도, 강성, 응력, 하중

강도란?

물체의 강한 정도.

재료에 부하가 걸린 경우, 재료가 파괴되기까지의 변형저항을 그 재료의 강도라고한다. 인장강도, 압축강도, 굽힘강도, 비틀림강도 등이 있다.

인장강도는 시험편을 서서히 잡아당기는 인장시험으로 측정하며 압축강도는 짧은 기둥모양의 시료에 축방향으로 압축하중을 가햐여 측정한다. 비틀림강도는 둥근 기둥모양의 시료가 비틀림에 의해 파괴되었을 때 가해진 비틀림 모멘트로 부터 계산에 의해 구한다

강성이란?

재료에 변형을 가할때 재료가 그 변형에 저항하는 정도를 나타낸 것.

탄성체에 외부의 힘이 가해졌을 때의 변형은 힘이나 모멘트의 크기 외에 탄성체의 형상, 지지방법, 재료의 탄성계수 등에 따라서 달라진다. 일반적으로 재료의 강성은 단위변화량에 대한 외력의 값으로 나타낸다. 인장에서 신장은 외력에 비례하는데, 단위신장을 주는 외력을 신장강성이라고 한다. 

빔을 구부릴 때 빔의 처짐곡선의 곡률(曲率)은 휨모멘트 M에 비례하며, (탄성률 E)×(단면 2차 모멘트 I)에 반비례한다. 곡률은 휨모멘트 M이 같아도 E×I가 작을수록 크다. 그러므로 EI는 처짐곡선에서 곡률의 크기를 나타내는 계수이다. 이것을 휨강성이라고 한다. 또 막대를 비틀때, 단위 길이 당의 비틀림각은 비틀림모멘트에 비례하지만 단위 비틀림각을 주는 비틀림모멘트를 비틀림강성이라고 한다. 

응력이란?

외력(外力)이 재료에 작용할 때 그 내부에 생기는 저항력. 변형력이라고도 하고 내력(內力)이라고도 한다.

응력은 외력이 증가함에 따라 증가하지만 이에는 한도가 있어서 응력이 그 재료 고유의 한도에 도달하면 외력에 저항할 수 없게 되어 그 재료는 마침내 파괴된다.

응력의 한도가 큰 재료일수록 강한 재료라고 할 수 있으며, 또 외력에 의해 생기는 응력이 그 재료의 한도 응력보다 작을수록 안전하다고 할 수 있다.

그러나 응력의 크기로 재료의 강한 정도를 나타내면 같은 재료라도 단면적이 큰 것일수록 응력의 한도가 커지므로 강한 정도가 다르게 나타나고 또 다른 재료와의 세기를 비교하는 데도 불합리해진다.

따라서 단위면적에 생기는 응력의 크기를 구하면 재료의 단면적이 달라도 일정한 값이 되어 재료의 강도를 알아보는 데 편리하다. 이와 같이 응력을 단위면적에 대한 크기로 나타낼 때 이것을 단위응력 또는 응력도(應力度)라고 한다. 일반적으로 응력이라고 하면 단위응력을 말한다.

하중이란?

물체에 작용하는 외력(外力).
기계나 구조물을 구성하고 있는 각 부분의 재료는 외부에서 작용하는 힘을 받고 있는데, 이 외력을 하중이라 함.

하중의 작용상태에 따른 종류
가) 인장 하중(tensile load) : 재료의 축 방향으로 늘어나게 하려는 하중
나) 압축 하중(compressive load) : 재료를 누르는 하중
다) 전단 하중(shearing load) : 재료를 가위로 자르려는 것과 같이 작용하는 하중
라) 휨 하중(bending load) : 재료를 구부려 휘어지도록 작용하는 하중
마) 비틀림 하중(torsional & twisting load) : 재료가 비틀어지도록 작용하는 하중
바) 좌굴 하중(buckling load)