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변형률의 정의와 Hooks Law, 부재의 변형량 계산 방법
고체역학 개념 (5) - 변형률의 정의와 훅의 법칙, 부재의 변형량 계산 1. 변형률이란? 바로 전 포스팅에서 다룬 내용이 바로 응력-변형률 선도인데요. 여기서 변형률이라는 단어를 자세히 설명하지 않았기 때문에 이에 대한 내용을 보충하고 가려 합니다. 변형률이란 단위 길이 당 부재의 변형량을 뜻합니다. 변형률이라는 개념을 사용하는 이유는 길이에 대해 증가한 정도를 더욱 간편하게 표현하기 위함이에요. 예를 들어 L이라는 부재에 대해 δ만큼 증가한 상황과 4L 이라는 부재에 대해 4δ만큼 길이가 증가한 상황과 같이 여러 케이스가 다르게 여겨질 수 있지만, 결국 동일 길이 대비 변화량이 동일한만큼 이를 편리하게 나타내고자 하는 것이죠. 비슷한 경우로 응력이 동일하고 단면적이 다른 상황에서 같은 길이가 늘어나는..
2023.05.26 -
재료의 성질에 따른 응력-변형률 선도
고체역학 개념 (4) - 재료의 성질에 따른 응력 변형률 선도 1. 재료의 성질 구분 어떤 부품을 설계함에 있어 중요한 것 중 하나는 바로 재질을 선정하는 것입니다. 왜냐하면 가벼움 정도와 강인함같은 부재의 성질을 결정짓는데 재질이 중요한 역할을 할 뿐만 아니라 비용 측면에서도 큰 비중을 차지하기 때문이에요. 재료의 성질을 구분하는 다양한 기준이 있겠지만 고체역학에서 주로 사용하는 기준은 "연성"과 "취성"이라는 기준을 토대로 재료의 성질을 구분합니다. 연성 재료는 상온에서 항복이 일어나고 일정 구간에서 외부 힘에 대해 선형적인 길이 변화를 나타내는 물질을 뜻해요. 대표적으로 구조용 강이나 합금과 같은 재료가 모두 연성 재료에 포함됩니다. 반면 취성 재료의 경우 외부 힘에 대해 초기에는 길이 변화가 거의..
2023.05.25 -
전단응력의 계산 및 경사면에서의 응력 계산 방법
고체역학 개념 (3) - 전단응력의 계산 및 경사면에서의 응력 계산 방법 1. 전단응력의 개념 저번 포스팅에서 우리는 힘과 하중이 작용하는 평면이 수직인 상황에서 발생하는 응력인 수직응력에 대해 다뤄보았는데요. 이번 포스팅에서는 전단응력에 다뤄보려 합니다. 전단응력이란 평면에 대해 횡방향 하중이 작용할 때 발생하는 응력을 뜻합니다. 일반적으로 전단응력이 발생하는 기계 부품으로는 볼트나 리벳을 말할 수 있는데요. 일반기계기사 실기를 공부했던 과정을 생각해 보면 해당 부품뿐만 아니라 핀과 코터와 같은 연결 부품에서부터 기어와 같은 동력전달장치까지 많은 요소에서 전단응력을 고려함을 느낄 수 있었습니다. 공학적으로 전단력이란 횡방향 하중이 작용할 때 부재 내부에서 발생하는 힘, 즉 내력을 뜻합니다. 이전에 수직..
2023.05.24 -
힘의 위치에 따른 수직응력의 계산
고체역학 개념 (2) - 힘의 위치에 따른 수직응력의 계산 1. 응력의 정의 응력이란 어떤 구조물이 존재할 때 해당 부재가 외력에 안전한지를 검증하기 위해 등장한 개념입니다. 정역학을 학습하신 분들은 아시겠지만, 어떤 구조가 평형 상태를 유지할 수 있는 이유는 외부에서 하중이 작용함에도 불구하고, 부재의 내부에서 작용하는 힘을 뜻하는 내력에 의해 힘이 상쇄되기 때문이에요. 정역학에서는 특정 구조의 물체에 어떤 하중 혹은 토크가 작용할 때 이 구조물에 작용하는 힘은 어떻게 나타내는가를 구했다면, 고체역학에서 중점적으로 바라보는 부분은 구조물에 작용하는 힘에 의해 각 부재가 이를 안전하게 지탱할 수 있는가를 집중하는 것이라고 요약할 수 있습니다. 응력은 단위면적에 대한 힘을 뜻해요. 즉 공학적으로 보면 주어..
2023.05.22 -
고체역학 기초 개념 및 필요성
고체역학 개념 (1) - 고체역학 기초 개념 및 과목의 필요성 0. 들어가며 기계공학에서 흔히 말하는 4대역학 중 저에게 있어 가장 인상깊었던 과목을 하나만 꼽아보라고 하면 고체역학을 말할 것 같습니다. 고체역학은 정역학과 비슷하면서도 다른듯한 묘한 차이가 매력적이었지만 암기해야 할 공식이 많은 과목이었어요. 특히 후반부의 보와 관련된 부분에서는 많은 계산을 요구하기에 문제가 더럽다고 느낀 기억도 있습니다. 고체역학은 재료역학이라는 이름으로 불리기도 하는데요. 해당 과목을 학습하는 이유는 기계 장치 혹은 구조물을 설계할 때 정지 상태에서 주어진 하중을 버티고 변형을 예측하기 위함입니다. 과목을 학습해보신 분들은 아시겠지만, 고체역학에서 주로 다루는 개념 2가지가 바로 "응력"과 "변형"이라는 것이 이를 ..
2023.05.21 -
뉴턴유체의 정의와 점성계수 공식 유도
유체역학 개념 정리(2) - 뉴턴유체의 정의와 점성계수 공식 1. 뉴턴 유체의 정의 일단 시작하기 앞서 저는 이번 주에 직무 관련 면접을 보고 왔고, 관련 내용은 나오지 않았습니다. 하지만 그럼에도 불구하고 전공에 대해 remind 하는 것 자체가 저한테 굉장히 큰 의미로 다가온 만큼 합격/불합격과 관계없이 한동안은 포스팅을 지속해 쓸 것 같아요. 그러면 이제 다시 본론으로 돌아가 뉴턴 유체의 정의에 대해 알아보겠습니다. 저번 포스팅에서는 유체의 물성치와 뉴턴의 점성법칙과 이에 따른 점성계수의 기초 공식에 대해 알아보았는데요. 금일 포스팅에서는 이에 이은 뉴턴 유체의 정의에 대해 다뤄보겠습니다. 뉴턴 유체란 "뉴턴의 점성법칙"을 따르는 유체를 뜻합니다. 뉴턴 유체의 가장 큰 특징은 유체에서 발생하는 전단..
2023.05.21 -
유체의 물성치와 점성계수
유체역학 개념 정리(1) - 유체의 물성치와 점성계수 1. 유체의 물성치 유체역학을 잘 이해하기 위해 공식 유도에 필요하는 물리적 성질에 대해 알아두는 것이 좋습니다. 왜냐하면 해당 성질을 활용해 유체의 물리적 특성을 파악하는 것은 물론, 해당 값을 손쉽게 하나의 단위로 표현함으로써 그 과정을 간편하게 할 수 있기 때문이에요. 가장 먼저 다룰 성질은 바로 밀도(Density)에요. 밀도는 ρ 라는 라틴어로 표기되며 단위는 kg/㎥ 으로 표현됩니다. 단위계의 표현에서 알 수 있듯이 밀도는 단위물질의 부피 당 질량을 의미합니다. 주요 단위계로 사용하는 것은 바로 물의 표준밀도입니다. 물의 표준 밀도는 1,000 kg/㎥ 으로 정의됩니다. 실제 과정에서는 4℃의 물의 밀도가 1,000 kg/㎥이고 100℃에서..
2023.05.14 -
유체역학의 개념과 유체의 원리
0. 들어가며 유체역학이라는 단어를 처음 접했을 때의 이질감과 두려움이 아직도 생생합니다. 아무래도 사전에 접했던 유체역학이라는 단어의 공포감 때문인지도 모르겠습니다. 정역학, 고체역학, 동역학, 열역학과 같은 다른 과목을 접했음에도 불구하고 인터넷을 통해 어렴풋이 들려오던 유체역학의 압박감은 공부를 시작하기도 전 저를 압도할것만 같은 느낌을 주었던 기억이 납니다. 유체역학이라는 과목을 공부했던 순간을 돌이켜보면 쉬운 길은 아니었습니다. 아무래도 고정적인 물체를 푸는 데 조금이라도 더 나은 소질이 있었던 저에게 흐르고 움직이는 물체를 가정하는 것이 어려웠던 기억이 납니다. 그리고 나비에-스토크 방정식이나 레이놀즈수와 같은 개념에 부딪치며 때때로 늦은 밤까지 문제에 머리를 곯았던 기억도 떠오릅니다. 시간이..
2023.05.14 -
엔탈피와 엔트로피의 관계 및 이상기체의 엔트로피 유도
열역학 개념 정리(8) - 엔탈피와 엔트로피의 관계, 이상기체 엔트로피 1. 엔트로피와 엔탈피의 관계 엔트로피와 엔탈피 사이의 관계를 먼저 유도해보겠습니다. 이전 포스팅에서 다뤘듯이 엔트로피는 "dS = δQ/T"의 관계를 가지는데 이를 열역학 제 1법칙인 "δQ=dU + δW"와 연관지어 생각할 수 있어요. 해당 식에서 단순 팽창/압축일에 해당할 경우 δW = P dv를 만족하고 엔트로피에서 δQ = T dS 라는 과정을 따른다는 것에서 기인하면 식을 아래와 같이 변형할 수 있습니다. 이 식을 엔탈피 관점에서 생각해볼까요? 엔탈피는 알다시피 H = U + PV로 정의되기 때문에 이 식을 미분하면 dh = dU + P dV + V dp로 나눌 수 있어요. dU 결과를 위 식에 대입하면 아래와 같은 결과를..
2023.05.13 -
엔트로피의 개념과 실제 열교환 과정에서의 엔트로피
열역학 개념 정리(7) - 엔트로피의 개념 및 실제 과정에서의 엔트로피 1. 엔트로피의 개념 엔트로피의 개념은 카르노 사이클로부터 출발합니다. 카르노사이클에서의 열 효율은 다음 공식을 활용해 구할 수 있었는데요 P-V 선도를 여러 개의 미소사이클의 합으로 생각한다면 각 사이클 역시 위의 관계를 만족하게 됩니다. 결과적으로 미소사이클의 수 n을 무한대로 많게 하면 각 요소에 대한 적분 결과를 기반으로 아래와 같은 결과를 얻을 수 있습니다. 전달되는 열량 δQ = dU + δW로 나타낼 수 있는데 전체 식을 T로 나누면 식 전체가 완전 미분이 되어 아래 관계를 따르게 됩니다. 그리고 식에서 S를 엔트로피라 지칭하며, 해당 결과를 통해 카르노사이클에서 발생하는 엔트로피의 변화는 0이라는 것을 알 수 있어요. ..
2023.05.13