[기계안전기술사] 응력-변형률 곡선

응력-변형률 곡선
1) 개요
(1) 응력-변형률 곡선은 재료에 가해지는 하중에 의해 내부에 생기는 응력과 변형과의 관계를 나타내는 선도를 말함
     응력과 변형률 곡선은 재료가 외부의 하중에 대해 어떻게 반응하는지를 나타내는 중요한 그래프입니다.
(2) 재료의 인장 시험을 위해 축 방향으로 인가하면 재료가 조금씩 늘어나 결국 파괴가 일어나는데,
     이러한 시험을 통해 응력과 변형과의 관계를 알 수 있다.
(3) 외력을 받아 변형된 재료가 그 외력을 제거했을 때 처음의 형상으로 되돌아가는 성징을 '탄성',
     되돌아가지 않는 성질을 ‘소성'이라고 함

철근의 응력-변형률 곡선의 해석
①비례한계점
②탄성한계점
③상위항복점
④하위항복점
⑤연장강도점
⑥파괴점

1. 탄성영역 (Elastic Region)
재료가 하중을 받아 변형되더라도, 하중을 제거하면 원래 형태로 복원되는 영역입니다.
이 영역에서는 변형률이 응력에 비례하며, 이는 훅의 법칙 (Hooke's Law)에 의해 설명됩니다.
σ=E⋅ϵ
여기서, σ(시그마) σ는 응력, E는 탄성계수(Elastic modulus), ϵ(엡실론)은 변형률입니다.

2. 소성영역 (Plastic Region)
재료가 비가역적인 변형을 겪는 영역입니다.
하중을 제거해도 원래 형태로 복원되지 않으며, 영구 변형이 남습니다.

3. 비례한계점 (Proportional Limit)
응력과 변형률이 완전히 비례하는 최대 응력 지점입니다.
이 한도를 넘어서면 응력과 변형률의 비례 관계가 무너집니다.

4. 탄성한계점 (Elastic Limit)
재료가 탄성 변형만 일어나는 최대 응력입니다.
이 한도를 초과하면 영구 변형(소성 변형)이 발생합니다.

5. 탄성계수 (Elastic Modulus)
탄성영역에서 응력과 변형률의 비례 상수로, 재료의 강성을 나타냅니다.
값이 클수록 재료가 단단하며 변형에 더 저항적입니다.

6. 항복점 (Yield Point)
재료가 소성변형을 시작하는 지점입니다.
항복점 이후로 재료는 큰 변형이 발생해도 응력이 거의 증가하지 않습니다.
상항복점 (Upper Yield Point): 항복 현상이 시작되는 초기 응력.
하항복점 (Lower Yield Point): 안정적으로 항복이 진행되는 응력.

7. 항복강도 (Yield Strength)
재료가 항복을 시작하는 시점의 응력입니다.
재료의 설계에서 중요한 기준으로 사용됩니다.

8. 최대강도 (Ultimate Strength)
응력-변형률 곡선에서 가장 높은 응력값으로, 재료가 최대 하중을 견딜 수 있는 강도를 나타냅니다.
이후에는 재료의 단면적 감소로 인해 응력이 줄어듭니다.

9. 파단강도 (Fracture Strength)
재료가 완전히 파괴되기 직전의 응력입니다.
실제로 재료가 끊어지거나 분리되는 지점을 나타냅니다.

10. 파괴 (Fracture)
재료가 파단되면서 완전히 분리되는 현상입니다.
파괴는 재료의 성질, 하중의 종류 및 방향, 온도 등에 따라 다르게 나타납니다.