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정기연재 - 재료공학/[재료역학] 한주에 끝내주는 재료역학

2. Introduction

by STEMentor Editor 2017. 9. 17.

1. Introduction

안녕하세요! 2달만에 다시 돌아온…. 한주입니다 ㅠㅠ
연재를 막 시작하는 날까지만 해도 의욕에 불타올라서 적어도 2주에 하나씩은 써야지 다짐했는데 ㅠㅠ
방학 중에 몽골 한 번 다녀오고 새까맣게 잊고있었습니다. 사죄드립니다 ㅠㅠ (굽신굽신)

오늘은 재료역학을 본격적으로 공부하기에 앞서 필요한 용어들을 정의하는 Introduction 포스팅입니다!

  • structure : load(하중)을 견디고 deformation(변형)을 적절한 범위 안에서 유지시킬 수 있는 구조물
  • Mechanics : 물체의 movement과 deformation을 다루는 학문
  • rigid body : load에 상관없이 deformation이 생기지 않는 물체 (강체)
  • deformable body : load에 의해 deformation이 생기는 물체

재료역학에서 일반적으로 rigid body를 다루지 않습니다! 왜냐하면 실제로 모든 물체들은 deformable body이기 때문이죠! 금속으로 만든 다리가 아무리 튼튼해보여도 실제로는 load에 의해 deformation이 발생한 상태입니다.

cf. 우리가 대학교 1학년 때 배우는 일반물리학에서는 대체로 모든 물체가 rigid body라는 가정 하에 문제를 다룹니다. 그래서 굉장히 간단한 계산만으로도 역학 문제들을 풀 수 있는 것이죠!

2. Fundamental Concepts

  • continuum : 모든 부분에서 물질들이 연속적으로 분포하는 이상적인 물체
  • point force : 한 점에서만 작용하는 힘
  • body force : 물체의 모든 부분에서 작용하는 힘
  • surface force : 물체 사이의 접촉면에서 작용하는 힘

    철 막대를 생각해봅시다. 실제로 철 막대는 금속결합으로 서로 묶여있는 Fe 원자들의 불연속적인 분포로 이뤄진 물체입니다. 만약 이런 철 막대와 관련된 공학적인 문제를 풀려고 할때, 원자들의 분포까지 고려해서 문제를 풀어야 한다면 몇백만년이 걸리겠죠?
    그러나 continuum이라는 가정을 한다면 이런 원자나 분자들의 결합 사이의 빈 공간을 무시하고 모든 질량이 연속적으로 분포하고 있는 물체로 간주할 수 있습니다. 따라서 우리는 원자나 분자들의 분포와 상관없이 물체를 하나의 continuum으로 보아 계산을 간단하게 할 수 있습니다.
    이 철 막대가 바다에 빠졌다고 생각해봅시다. 가라앉은 철 막대는 body force, surface force 두 종류의 힘을 모두 받고 있는 상태입니다. 철 막대기의 모든 부분은 중력이라는 body force, 물과의 접촉면에서 수압에 의해 생기는 surface force를 받고 있습니다. 이러한 외력들에 의해 막대에는 deformation이 생기고, 이에 의해 동시에 내부에 stress가 걸림으로써 막대기에 걸린 외력과 평형상태를 유지하게 됩니다.

3. Units

우리나라에서는 SI Unit System (Systeme International d′Unites)을 사용하기 때문에 길이, 질량, 시간의 단위로 각각 미터 (m), 킬로그램 (kg), 초 (s) 를 사용합니다.
반면 영국과 같은 나라에서는 EE Unit System (English Engineering Unit System)을 사용하기 때문에 길이, 질량, 시간의 단위로 각각 피트 (ft), 파운드 (lbm), 초 (s) 를 사용합니다.

공학 문제를 풀 때, 단위를 정확하게 고려하지 않으면 심각한 오류를 범할 수 있습니다. 따라서 단위간의 변환을 정확하게 하는 것이 아주 중요합니다. 아래는 재료역학에서 자주 쓰이는 물리량의 단위 변환관계를 나타냅니다.

1 lb = 0.453592 kg

1 ft = 12 in

1 in = 2.54 cm

보통 공학용 계산기에 단위변환하는 기능이 내장되어 있으니까 문제 풀때는 계산기를 적극적으로 활용하시길…

오늘은 재료역학을 시작하기 위한 배경지식들을 간단히 살펴보는 시간을 가졌습니다.
다음 시간부터 본격적으로 Stress, Strain과 같은 개념들을 정의하고 실제 공학 문제에 그것을 어떻게 적용하는지 쭉 연재할 계획입니다.

기대해주세요! 아디오스

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