응력 (연호)

응력(應力, stress)은 재료 내부에 작용하는 저항력을 나타내는 물리량이다. 외부에서 힘이 가해지면 재료 내부에는 이 힘에 저항하려는 내부적인 힘이 발생하는데, 이를 응력이라고 한다. 단위 면적당 작용하는 힘으로 표현되며, 일반적으로 파스칼(Pa) 또는 메가파스칼(MPa) 단위로 나타낸다. 응력은 크게 인장응력, 압축응력, 전단응력 등으로 분류된다.

1. 정의 및 개념

응력은 단위 면적당 작용하는 힘으로 정의된다. 외부 하중이 재료에 가해지면 재료 내부에는 이 하중을 지지하기 위해 분자 간의 상호 작용에 의한 내부 저항력이 발생한다. 이 내부 저항력이 단위 면적당 작용하는 크기를 응력이라 한다. 응력의 방향은 힘의 방향과 동일하며, 크기는 힘을 단면적으로 나눈 값이다.

2. 응력의 종류

• 인장응력 (Tensile stress): 재료가 잡아당겨지는 방향으로 작용하는 응력. 재료를 늘리려는 힘에 대한 저항력이다.
• 압축응력 (Compressive stress): 재료가 압축되는 방향으로 작용하는 응력. 재료를 압축하려는 힘에 대한 저항력이다.
• 전단응력 (Shear stress): 재료의 단면에 평행하게 작용하는 응력. 재료를 서로 미끄러지게 하려는 힘에 대한 저항력이다.
• 굽힘응력 (Bending stress): 재료가 굽혀질 때 발생하는 응력. 인장응력과 압축응력이 동시에 작용한다.
• 비틀림응력 (Torsional stress): 재료가 비틀릴 때 발생하는 응력. 전단응력의 일종이다.

3. 응력과 변형률의 관계

응력과 변형률의 관계는 재료의 물리적 특성을 나타내는 중요한 요소이다. 일반적으로 응력-변형률 선도를 통해 재료의 강도, 연성, 탄성계수 등을 알 수 있다. 후크의 법칙은 탄성 영역에서 응력과 변형률의 선형적인 관계를 나타낸다.

4. 응력 집중

재료에 구멍이나 노치와 같은 결함이 있을 경우, 그 부분에 응력이 집중되는 현상이 발생한다. 이러한 응력 집중은 재료의 파괴를 유발할 수 있으므로 설계 시 고려해야 할 중요한 요소이다.

5. 응력 해석

응력 해석은 구조물이나 기계 부품의 안전성을 평가하는 데 필수적이다. 유한요소법(FEM)과 같은 수치해석 기법을 사용하여 복잡한 구조물의 응력 분포를 예측할 수 있다.

참고: 상세한 수식 및 그림은 관련 전문 서적이나 웹사이트를 참고하시기 바랍니다.