3D ν”„λ¦°νŒ… μ†Œμž¬ νŠΉμ„± : 응λ ₯ - λ³€ν˜•λ₯  κ³‘μ„ μ΄λž€?

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# 3Dν”„λ¦°νŒ… νŠΉμ„± : 응λ ₯, λ³€ν˜•λ₯  곑선 μ΄λž€? Stress-Strain Curve


  • 응λ ₯μ΄λž€ μ™ΈλΆ€ μ••λ ₯에 μ˜ν•œ λ³€ν˜•μ— λŒ€ν•­ν•˜λŠ” λ‹¨μœ„ 면적당 λ‚΄λΆ€ μ €ν•­λ ₯μž…λ‹ˆλ‹€.

  • λ³€ν˜•λ₯ μ€ 적용된 힘의 λ°©ν–₯으둜 λͺΈμ²΄κ°€ κ²ͺλŠ” λ³€ν˜•μ˜ 양을 λͺΈμ²΄μ˜ 초기 치수둜 λ‚˜λˆˆ κ°’μž…λ‹ˆλ‹€.

  • λΆ€ν’ˆμ΄λ‚˜ 기ꡬ뢀λ₯Ό 섀계할 λ•Œ λ˜λŠ” μ„€κ³„λœ3DνŒŒμΌμ„ 좜λ ₯ν•  λ•Œ κ°œλ°œμžκ°€ μ›ν•˜λŠ” 결과물을 μ–»κΈ° μœ„ν•΄μ„œλŠ” “μ–΄λ– ν•œ μ†Œμž¬λ₯Ό 선택할 것인가?”κ°€ λŒ€λ‹¨νžˆ μ€‘μš”ν•©λ‹ˆλ‹€.

  • μ‚¬μš©ν•˜κ³ μž ν•˜λŠ” λͺ©μ μ— λΆ€ν•©λ˜λŠ” μ†Œμž¬λ₯Ό μ„ νƒν•˜λŠ” 것이 3Dν”„λ¦°ν„°λ₯Ό 잘 ν™œμš©ν•˜λŠ” 첫 단계이기 λ•Œλ¬Έμ΄μ£ .

  • μ‚¬μš©μžλ“€μ΄ μ΄λŸ¬ν•œ 선택을 ν•˜λŠ”λ° μžˆμ–΄ μ°Έκ³ ν•  수 μžˆλ„λ‘ 3Dν”„λ¦°ν„° 제쑰/νŒλ§€μ‚¬μ™€ 재료(μ†Œμž¬) νšŒμ‚¬λ“€μ€ Technical Data Sheet(TDS)λΌλŠ” λ¬Όμ„±μΉ˜ 정보λ₯Ό μ œκ³΅ν•©λ‹ˆλ‹€.

  • TDSμ—λŠ” λ‹€μ–‘ν•œ 정보듀이 λ‚˜μ—΄λ˜μ–΄ μžˆλŠ”λ° 각각의 정보에 λŒ€ν•˜μ—¬ μ΄ν•΄ν•˜λŠ” 것이 μ€‘μš”ν•©λ‹ˆλ‹€.

  • 이번 ν¬μŠ€νŒ…μ—μ„œλŠ” TDS λ¬Όμ„±μΉ˜μ—μ„œ λ‹€λ£¨λŠ” 응λ ₯-λ³€ν˜•λ₯  곑선에 λŒ€ν•˜μ—¬ μ•Œμ•„λ³΄κ² μŠ΅λ‹ˆλ‹€.

 

1. 응λ ₯(Stress)

  • 응λ ₯은 μ••λ ₯κ³Ό κ°™λ‹€κ³  μ˜€ν•΄ν•˜κΈ° μ‰½μ§€λ§Œ λ‹€λ₯Έ κ°œλ…μž…λ‹ˆλ‹€.

  • μ••λ ₯이 λ‹¨μœ„ 면적당 κ°€ν•΄μ§€λŠ” 힘의 μ–‘μœΌλ‘œ μ •μ˜λ˜λŠ” 반면 응λ ₯은 μ™ΈλΆ€ μ••λ ₯에 μ˜ν•œ λ³€ν˜•μ— λŒ€ν•­ν•˜λŠ” λ‹¨μœ„ 면적당 λ‚΄λΆ€ μ €ν•­λ ₯μž…λ‹ˆλ‹€.

  • 예λ₯Ό λ“€μ–΄, λˆ„κ΅°κ°€ μŠ€ν”„λ§μ„ λ‹ΉκΈ°λ©΄ μŠ€ν”„λ§μ— 응λ ₯이 λ°œμƒν•˜μ—¬ μ›λž˜ μœ„μΉ˜λ₯Ό μœ μ§€ν•˜λ €κ³  ν•©λ‹ˆλ‹€.

  • 응λ ₯을 κ³„μ‚°ν•˜λŠ” 곡식은 λ‹€μŒκ³Ό κ°™μŠ΅λ‹ˆλ‹€.

응λ ₯ 계산 곡식
응λ ₯ 계산 곡식


  • μ—¬κΈ°μ„œ FλŠ” 힘, AλŠ” 힘이 μž‘μš©ν•˜λŠ” μ˜μ—­μ΄κ³  응λ ₯의 λ‹¨μœ„λŠ” N/m2κ°€ λ©λ‹ˆλ‹€.

 

  • 응λ ₯μ—λŠ” μ•„λž˜μ™€ 같이 λ‹€μ„― κ°€μ§€ μœ ν˜•μ΄ μžˆμŠ΅λ‹ˆλ‹€.
응λ ₯의 μ’…λ₯˜
응λ ₯의 μ’…λ₯˜


  • 인μž₯ 응λ ₯(tensile stress)은 μΆ• λ°©ν–₯으둜 κ°€ν•΄μ§„ 힘이 물체의 μ–‘μͺ½ λμ—μ„œ λ°”κΉ₯μͺ½μœΌλ‘œ λ‹ΉκΈΈ λ•Œ λ°œμƒν•©λ‹ˆλ‹€.

  • μΆ• λ°©ν–₯으둜 κ°€ν•΄μ§„ 힘이 물체의 쀑심을 ν–₯ν•΄ μ•ˆμͺ½μœΌλ‘œ 밀릴 λ•ŒλŠ” μ••μΆ• 응λ ₯(compressive stress)이 λ°œμƒν•©λ‹ˆλ‹€.

  • 재료λ₯Ό ꡬ뢀릴 λ•Œ, λΉ„ν‹€ λ•Œμ—λ„ 각각 ꡽힘 응λ ₯(탄성 응λ ₯, bending stress/flexural stress), λΉ„ν‹€λ¦Ό 응λ ₯(torsional stress)이 λ°œμƒν•©λ‹ˆλ‹€.

  • 두 ν‘œλ©΄μ— ν‰ν–‰ν•˜μ§€λ§Œ λ°˜λŒ€λ˜λŠ” νž˜μ„ μ μš©ν•˜λ©΄ 전단 응λ ₯(shear stress)이 λ°œμƒν•©λ‹ˆλ‹€.

 

2. λ³€ν˜•λ₯ (Strain)

  • λ³€ν˜•λ₯ μ€ 적용된 힘의 λ°©ν–₯으둜 λͺΈμ²΄κ°€ κ²ͺλŠ” λ³€ν˜•μ˜ 양을 λͺΈμ²΄μ˜ 초기 치수둜 λ‚˜λˆˆ κ°’μž…λ‹ˆλ‹€.

  • λ³€ν˜•λ₯ (e) 식은 λ‹€μŒκ³Ό κ°™μŠ΅λ‹ˆλ‹€.

λ³€ν˜•λ₯ μ˜ 식
λ³€ν˜•λ₯ μ˜ 식


  • μ—¬κΈ°μ—μ„œ XλŠ” 재료의 μ›λž˜ 치수, Ξ”xλŠ” 치수의 λ³€ν™”λŸ‰μž…λ‹ˆλ‹€. λ³€ν˜•λ₯ μ€ 단지 μƒλŒ€μ  ν˜•νƒœ λ³€ν™”λ₯Ό μ •μ˜ν•˜κΈ° λ•Œλ¬Έμ— 차원이 μ—†λŠ” 값을 κ°€μ§‘λ‹ˆλ‹€.

 

3. 응λ ₯-λ³€ν˜•λ₯  곑선 (Stress-Strain Curve)

  • μ•„λž˜λŠ” 인μž₯ ν…ŒμŠ€νŠΈμ— μ˜ν•œ 응λ ₯-λ³€ν˜•λ₯  κ³‘μ„ μ˜ 예λ₯Ό λ³΄μ—¬μ€λ‹ˆλ‹€.


    응λ ₯-λ³€ν˜•λ₯  곑선
    응λ ₯-λ³€ν˜•λ₯  곑선
  • 이 곑선은 ν…ŒμŠ€νŠΈμš© μ‹œνŽΈμ— μ μ§„μ μœΌλ‘œ ν•˜μ€‘μ„ κ°€ν•˜κ³  그에 λ”°λ₯Έ μ‹œνŽΈμ˜ λ³€ν˜•μ„ μΈ‘μ •ν•˜μ—¬ μ–»μŠ΅λ‹ˆλ‹€.

  • μ΄λ ‡κ²Œ 얻은 κ³‘μ„ μ—μ„œ λ‹€μŒκ³Ό 같은 기ꡬ적 νŠΉμ„± 값을 얻을 수 μžˆμŠ΅λ‹ˆλ‹€. 

 

4. 영λ₯  (인μž₯κ³„μˆ˜)

  • 곑선을 따라가면 μ΄ˆκΈ°μ—λŠ” 응λ ₯κ³Ό λ³€ν˜•λ₯ μ΄ μ„ ν˜•μœΌλ‘œ λΉ„λ‘€ν•©λ‹ˆλ‹€. 이 κ΅¬κ°„μ—μ„œλŠ” Hook의 법칙을 λ”°λ¦…λ‹ˆλ‹€.

  • 이 κ΅¬κ°„μ˜ κΈ°μšΈκΈ°λŠ” 영λ₯ (Young's Modulus)둜 νŠΉμ • 인μž₯ ν•˜μ€‘μ„ κ°€ν•  λ•Œ μž¬λ£Œκ°€ μ–Όλ§ˆλ‚˜ 탄λ ₯적으둜 λŠ˜μ–΄λ‚  κ²ƒμœΌλ‘œ κΈ°λŒ€ν•  수 μžˆλŠ”μ§€ μ•Œλ €μ€λ‹ˆλ‹€.

  • λ³€ν˜•λ₯ μ΄ λ‹¨μœ„κ°€ μ—†λŠ” κ°’μ΄λ―€λ‘œ 영λ₯ μ€ 응λ ₯κ³Ό 같은 λ‹¨μœ„λ₯Ό κ°–μŠ΅λ‹ˆλ‹€.

 


5. 항볡강도

  • 이 ν›„ 곑선은 항볡강도(yield strength)에 이λ₯΄κΈ°κΉŒμ§€ 계속 νƒ„μ„±μ μœΌλ‘œ λŠ˜μ–΄λ‚˜λŠ” 응λ ₯ κ°’ λ²”μœ„λ₯Ό κ°–μŠ΅λ‹ˆλ‹€.

  • 응λ ₯κ³Ό λ³€ν˜•λ₯ μ€ λΉ„λ‘€ν•˜μ§€ μ•ŠμœΌλ‚˜ 이 κ΅¬κ°„μ—μ„œ ν…ŒμŠ€νŠΈκ°€ μ€‘μ§€λ˜λ©΄ μž¬λ£ŒλŠ” μ›λž˜ 길이둜 λŒμ•„κ°‘λ‹ˆλ‹€.

  • 이 ν•œκ³„λ₯Ό λ„˜μ–΄μ„œλ©΄ μž¬λ£Œκ°€ μ›λž˜ μœ„μΉ˜λ‘œ λŒμ•„κ°€μ§€ μ•Šκ³  μž¬λ£Œμ— μ†Œμ„± λ³€ν˜•(plastic deformation)이 λ‚˜νƒ€λ‚˜κΈ° μ‹œμž‘ν•©λ‹ˆλ‹€.

 

6. μ΅œλŒ€ 응λ ₯

  • μŠ€νŠΈλ ˆμŠ€κ°€ μ΅œλŒ€ 응λ ₯(ultimate tensile strength)에 이λ₯΄λ©΄ μ‹œνŽΈμ˜ ν•œ μ§€μ μ—μ„œ 단면이 μ’μ•„μ§€λŠ” 것이 κ΄€μ°°λ©λ‹ˆλ‹€(necking).

  • μŠ€νŠΈλ ˆμŠ€κ°€ λ„ˆλ¬΄ λ†’μ•„ μ‹œνŽΈμ˜ κ°€μž₯ μ•½ν•œ 지점에 균열이 ν˜•μ„±λ©λ‹ˆλ‹€.

 

7. νŒŒλ‹¨μ‹ μœ¨

  • μž¬λ£Œκ°€ κ²¬λ”œ 수 μžˆλŠ” μ΅œλŒ€ λ³€ν˜•λ₯ (νŒŒλ‹¨μ‹ μœ¨, elongation at break)에 이λ₯΄λŸ¬μ„œλŠ” νŒŒμ†μ΄ μΌμ–΄λ‚˜κ²Œ λ©λ‹ˆλ‹€.

  • μœ λ¦¬λ‚˜ 세라믹 같은 μž¬λ£ŒλŠ” μ†Œμ„± λ³€ν˜• 없이 맀우 κΈ‰κ²©ν•˜κ²Œ νŒŒμ†λ˜λŠ” μ·¨μ„± νŒŒμ†(brittle failure)을 λ³΄μž…λ‹ˆλ‹€.

  • κ·Έ μ™Έ λŒ€λΆ€λΆ„μ˜ κΈˆμ†μ„ ν¬ν•¨ν•˜μ—¬ 더 연성이 μžˆλŠ” μž¬λ£Œλ“€μ€ (λŒ€λΆ€λΆ„μ˜ κΈˆμ†μ„ ν¬ν•¨ν•˜μ—¬) νŒŒλ‹¨ 전에 μ•½κ°„μ˜ μ†Œμ„± λ³€ν˜•κ³Ό κ· μ—΄(necking)을 κ²½ν—˜ν•  수 μžˆμŠ΅λ‹ˆλ‹€.

 
μ˜€λŠ˜μ€ 3Dν”„λ¦°ν„° μ†Œμž¬(재료)듀이 κ°€μ§€κ³  μžˆλŠ” νŠΉμ„±μ„ μ΄ν•΄ν•˜κΈ° μœ„ν•΄ 기초λ₯Ό λ‹€μ§€λŠ” μ‹œκ°„μ΄μ—ˆμŠ΅λ‹ˆλ‹€.
μ—¬μ „νžˆ μ–΄λ €μš΄ ν•­λͺ©μ΄κΈ΄ ν•˜μ§€λ§Œ μ†Œμž¬μ˜ νŠΉμ„±μ„ μ΄ν•΄ν•˜λŠ”λ° 도움이 되리라 μƒκ°λ©λ‹ˆλ‹€.

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