[금속 가공학1-1] 금속 가공 기초 / 재료에 가해지는 힘의 타입 분류 (압축, 인장, 밴딩, 전단 응력)

[금속 가공학1-1] 금속 가공 기초 / 재료에 가해지는 힘의 타입 분류 (압축, 인장, 밴딩, 전단 응력)

 

 

재료가 받는 힘은 방향에 따라 여러가지 타입으로 분류 할 수 있습니다.

 

재료나 부품들은 특성 혹은 형상에 따라 여러 타입의 힘에 노출 될 수 있습니다. 

 

간단한 내용이지만 힘의 방향을 이해 하는것은  그것에 따른 재료의 가공 혹은 파괴를 이해하는데 중요한 역할을 할 수 있습니다.

 

간단히 예시를 들어보면

 

A4용지 양끝을 잡고 당기면서 찢어 트리기는 쉽지 않지만 [인장]

 

종이는 서로 반대 방향으로 힘을 주어 찢게 되면 쉽게 A4 용지를 찢을 수 있습니다 [전단]

 

 

압축 응력 / 인장 응력 / 밴딩 응력 / 전단 응력에 대해서 그림과 함께 구분 해보도록 하겠습니다.

 

 

본 업로드에서는 단순 힘의 분류에 대해서만 작성하였습니다.

 

재료적인 측면에서의 접근은 이후에 자세하게 정리하도록 하겠습니다.

 

 

 

1) 압축 응력

그림. 단조/압연 공정의 압축 응력

 

위의 그림은 단조/ 압연 공정의 모식도인데 공정에 대한 내용은 뒤에 자세히 다루도록 하겠습니다.

 

먼저 파란색을 금속 재료라고 생각 하였을때

 

한마디로 시편을 누르는 (눌러서 짜부시켜버리는) 마치 호떡 누르듯이 누르는 힘을 압축응력이라고 정의합니다.

 

간단히 생각해봐도 재료가 납작하게 변할것이라고 예상 할 수 있습니다. 

 

 

2) 인장 응력

 

 

그림. 인장 응력의 상태

 

인장 응력은 위 그림과 같이 잡아 당기는 힘을 뜻합니다.

 

왼쪽 그림과 같이 양끝을 잡고 잡아 당기는 경우가 있고 우측 그림 처럼  부분을 밀었을때 재료가 받는 힘이 당기는 힘과 이 되는 경우가 있습니다.

 

이는 고무줄을 양끝으로 잡아 당긴다고 생각하시면 쉽게 이해 할 수 있을 것입니다.

 

고무줄을 잡아 당기면 고무즐의 두께는 얇아 지면서 전체 길이가 늘어나고 계속 당기면 끈어져서 파괴 됩니다.

 

 

3) 밴딩 응력

 

그림. 밴딩 응력

 

밴딩은 누루는 입장에서는 압축 응력과 비슷하다고 생각 될 수 있으나

 

응력을 받아 재료가 납작해 지면서 에너지를 소모 하는 압축 응력과는 다르게 

 

재료가 휘어 지면서 내부에서도 응력을 받는 방향이 여러 방향으로 나뉘어지는 응력 타입 입니다.

 

위의 그림은 2방향으로 응력이 나뉘어 졌지만 누르는 최종 형상에 따라 여러 방향의 응력을 받을 수 있습니다.

 

 

4) 전단 응력

 

그림. 전단 응력 모식도

 

전단 응력은 서로 반대 방향의 힘을 동시에 주는 타입 입니다.

 

종이를 찢는 것과 같은 응력 방향이라고 생각하시면 이해하기 쉬울 것 같습니다.

 

여기서 위에 예시에 정의 했지만

 

A4용지를 인장 응력을 주어 찢는 것보다  전단 응력을 주었을 때 보다 쉽게 찢을 수 있습니다.

 

 

 

 

크게 4가지 응력에 대해서 그림과 함께 구분해 보았습니다.

금속 재료는 micro 관점 에서는 미세조직의 방향 (집합 조직), macro 관점에서는 시험편 및 부품의 형상에 의존해

 

특정 응력에는 강하고 특정 응력에는 약한 특성을 나타 낼 수 있습니다.