스트레스 대 긴장: 정의, 차이점 및 실제 적용 사례

혹시 궁금해 다리가 왜 유지되는지, 고무줄이 왜 다시 늘어날까요? 해답은 이해에 있습니다. 스트레스 그리고 변형. 이 두 가지 개념은 자료 는 힘이 작용할 때 동작합니다. 이 문서에서는 이러한 아이디어를 simple 용어를 설명하고 실제 환경에서 어떻게 작동하는지 보여줍니다.

스트레스란 무엇인가요?

스트레스 는 force 를 물체에 적용한 값을 물체가 작용하는 영역으로 나눈 값입니다. 물체의 크기에 비해 얼마나 세게 밀거나 당기는지 생각하면 됩니다.

그리고 공식 스트레스에 대한 것입니다:

응력(σ) = 힘(F) ÷ 면적(A)

스트레스는 다음 단위로 측정됩니다. 파스칼 (Pa)로, 평방미터당 뉴턴(N/m²)과 동일합니다.

스트레스의 유형

스트레스에는 크게 세 가지 유형이 있습니다:

1. 인장 응력: 소재를 늘리려는 당기는 힘
2. 압박 스트레스: 머티리얼을 찌그러뜨리려고 하는 밀기 힘
3. 전단 응력: 재료의 한 부분을 다른 부분으로 밀어내려는 힘

실제 사례는 다음과 같습니다:

• 브릿지 지지 케이블의 인장 응력 경험
• 자동차 서스펜션 요철을 넘을 때 압박 스트레스에 대처하기
• 볼트 CNC 가공 부품 측면에서 하중을 가할 때 전단 응력을 경험합니다.

스트레인이란 무엇인가요?

스트레인 는 재료가 얼마나 많은 모양 변경 스트레스에 대한 반응입니다. 원래 크기와 비교한 크기의 변화로 측정됩니다.

그리고 공식 의 변형입니다:

변형률(ε) = 길이 변화(ΔL) ÷ 원래 길이(L₀)

스트레인에는 단위 없음 는 두 길이의 비율이기 때문입니다. 이는 종종 백분율 또는 마이크로스트레인 단위.

스트레인의 유형

주요 유형의 균주에는 다음이 포함됩니다:

1. 축 방향 변형: 길이 변경
2. 전단 변형률: 각도 변경
3. 체적 변형: 볼륨 변경

스트레인 게이지 그리고 신장계 에서 사용되는 것과 같은 재료의 변형률을 측정하는 데 사용되는 도구입니다. 정밀 CNC 밀링 작업을 수행합니다.

스트레스 대 긴장: 주요 차이점

다음은 간단한 비교 표 를 참조하여 차이점을 이해하세요:

주요 차이점은 다음과 같습니다. 스트레스 는 머티리얼에 적용하는 것이고 변형 는 소재가 스트레스에 어떻게 반응하는지를 보여줍니다.

스트레스-스트레인 곡선 설명

그리고 응력-변형률 곡선 는 머티리얼을 당기거나 밀었을 때 반응하는 방식을 보여주는 그래프입니다. 이 곡선은 지문 재료의 경우 각각 고유한 모양이 있습니다.

곡선에는 몇 가지 중요한 점이 있습니다:

1. 탄력적 영역: 힘을 놓으면 재료가 다시 튀어나오는 위치
2. 수익률 포인트: 재료가 영구적으로 모양이 바뀌기 시작하는 경우
3. 플라스틱 영역: 변경 사항이 영구적으로 적용되는 곳
4. 궁극의 힘: 재료가 처리할 수 있는 최대 응력
5. 골절 지점: 재료가 깨지는 곳

다음과 같은 자료 강철 (다음에서 사용됨) CNC 강철 가공)는 다음과 같은 머티리얼과는 다른 곡선을 가지고 있습니다. 알루미늄.

실제 애플리케이션

엔지니어링 애플리케이션

엔지니어는 스트레스와 변형률 개념을 사용합니다:

• 디자인 건물 강풍을 견딜 수 있도록
• 만들기 항공우주 부품 극한의 힘을 견딜 수 있는
• 빌딩 브릿지 트래픽이 많아도 무너지지 않습니다.

예를 들어 티타늄 CNC 가공스트레스와 변형을 이해하면 항공우주 분야의 혹독한 조건을 견딜 수 있는 부품을 개발하는 데 도움이 됩니다.

제조 용도

제조 분야에서는 스트레스와 변형에 대한 지식이 도움이 됩니다:

• 품질 관리 금속 성형
• 적절한 절단 매개변수 가공 작업용
• 디자인 금형 플라스틱 사출용

일상적인 예

직장에서의 스트레스와 긴장을 확인할 수 있습니다:

• 자동차 타이어 도로의 스트레스 분산
• 안경테 부러지지 않고 구부러지는
• 치아 교정기 치아를 움직이기 위해 지속적인 스트레스를 가하는

응력-변형률 데이터를 기반으로 한 머티리얼 속성

일반적인 자료에 대한 몇 가지 실제 데이터를 살펴보겠습니다:

이 표는 그 이유를 보여줍니다. 강철 는 강도가 필요한 구조에 사용되며 고무 는 유연성이 중요한 경우에 사용됩니다.

유명 사례 연구

타코마 좁은 다리 붕괴

그리고 타코마 내로우스 브리지 1940년에 무너진 이유는 바람이 만들어낸 공진 비틀림 응력. 이 유명한 실패는 엔지니어들에게 동적 응력이 구조물에 미치는 영향을 고려하도록 가르쳤습니다.

포뮬러 1의 탄소 섬유

포뮬러 1 자동차 탄소 섬유 복합재를 사용하는 이유는 고장 변형률이 약 1.5%에 불과하지만 높은 응력(최대 1,200MPa)을 견딜 수 있기 때문입니다. 덕분에 차량의 무게는 크게 늘지 않으면서도 강도는 높아집니다.

스트레스와 긴장을 계산하는 방법

간단한 예를 들어 보겠습니다:

문제: 단면적이 10cm²(0.001m²)인 강철 막대가 5000N의 하중을 지탱하는 경우 응력을 계산합니다.

솔루션: 응력 = 힘 ÷ 면적 응력 = 5000 N ÷ 0.001 m² = 5,000,000 Pa 또는 5 MPa

스트레인 예시: 막대가 원래 길이인 1m에서 0.2mm(0.0002m) 늘어나는 경우:

변형률 = 길이 변화 ÷ 원래 길이 변형률 = 0.0002m ÷ 1m = 0.0002 또는 0.02%

재료 실패의 일반적인 원인

자료가 실패하는 이유를 이해하면 문제를 예방하는 데 도움이 됩니다:

약 60%의 기계적 장애는 다음과 같은 이유로 발생합니다. 피로 - 자료가 반복적으로 스트레스를 받는 경우.

영의 계수: 스트레스와 긴장의 관계

영의 계수 (E)는 어떻게 stiff 입니다. 탄성 영역의 응력 대 변형률의 비율입니다.

E = 스트레스 ÷ 변형률

다양한 소재를 비교하는 방법은 다음과 같습니다:

이는 다음과 같은 이유를 보여줍니다. 다이아몬드 는 너무 어렵고 고무 은 매우 유연합니다. 영탄성 계수 값이 높은 소재는 늘어나거나 압축하는 데 많은 힘이 필요합니다.

후크의 법칙과 탄력성

후크의 법칙 에 따르면 스트레인은 탄성 영역의 스트레스에 정비례한다고 합니다. 즉, 탄성 영역에 있는 한 힘을 두 배로 가하면 스트레치도 두 배로 늘어난다는 뜻입니다.

이 원칙은 다음과 같은 많은 애플리케이션에서 사용됩니다. 스프링 자동차 서스펜션에서 정밀 부품 를 통해 생성 CNC 프로토타입 가공.

스트레스-스트레인 지식을 활용한 근력 강화 설계

엔지니어는 이러한 개념을 사용하여 다음과 같이 안전한 제품을 설계합니다:

• 아래에서 작업 항복 강도 영구적인 변형을 피하기 위해
• 계산하기 안전 계수 중요 애플리케이션용
• 다음과 같은 기준에 따라 자료를 선택합니다. 응력-변형률 곡선
• 다음 항목으로 테스트 ASTM 표준 를 사용하여 재료 속성을 확인합니다.

예를 들어 알루미늄 CNC 가공응력-변형 특성을 알면 최적의 절단 매개변수와 클램핑력을 결정하는 데 도움이 됩니다.

스트레스와 긴장에 관한 자주 묻는 질문

결론

스트레스 그리고 변형 는 물체가 왜 그런 식으로 작동하는지 이해하는 데 도움이 됩니다. 응력은 물체에 가해지는 힘이고 변형률은 이에 반응하여 물체의 모양이 변하는 방식입니다.

엔지니어는 이 지식을 활용하여 작은 것부터 모든 것을 설계합니다. 마이크로 가공 구성 요소부터 거대한 교량까지. 응력, 변형률, 재료 특성 간의 관계를 이해하면 더 안전하고 효율적인 설계를 만들 수 있습니다.

다음에 강을 가로지르는 다리를 보거나 고무줄이 늘어났다가 다시 늘어나는 것을 보면 스트레스와 긴장의 과학이 이 모든 것을 가능하게 한다는 것을 알게 될 것입니다.