물체의 강도(Strength)와 경도 (Hardness) - 기구설계 이론 10

안녕하세요. 똑순이밍쓰입니다.

 

오늘은 물체의 고유한 성질인

강도 (Strength)

경도 (Hardness)

2가지에 대해서 알려드리겠습니다.

 

물체의 강도 (Strength)

물체의 강도 (Strength)라는건

물체에 하중 (힘)이 가해 졌을 때

문체가 파괴되지 않고 견디는 정도를

강도(Strength)라고 합니다.

 

강도 (Strength)는 단위면적당 힘으로

단위는 N/㎡ 으로 나타냅니다.

 

물체의 강도(Strength)는 

물체의 고유한 성질로 

물체마다 다르게 나타납니다.

 

강도(Strength)의 종류는

물체에 가해지는 힘의 종류에 따라서

인장 강도 (Tensile Strengnth)

압축 강도 (Compressive Strength)

굽힘강도 (Bending Strength)

전단강도 (Shearing Strength)

비틀림 강도 (Torsional Strenth)

총 5가지로 구분을 합니다.

 

인장 강도 (Tensile Strength)

물체에 인장하중이 가해 졌을 때

즉 물체를 당기는 힘이 가해녔을 때

물체가 파손에 이르기 까지의

최대 응력을 의미 한다.

인장강도 (Tensile Strength)를

측정하기 위한 

인장강도 시험을 진행 할때에는

인장시험기에서 시편을 놓고

하중을 가해 

시편이 견딜 수 있는 

최대의 응력값을 나타냅니다.

 

 

인장 강도 시험기에는

물체에 가해지는 힘의 속도와

시험 환경에 따라서

시험값이 달라 질 수 있으니 

유의해야 합니다.

 

압축 강도 (Compressive Strength)

물체에 압축하중이 가해 졌을 때

물체가 파손에 이르기 까지의

최대 응력을 의미 합니다.

 

일반적인 소재에서

세라믹-고분자 복합재료는

인장강도보다 압축강도가

큰 특성을 나타내며, 

금속의 경우 압축강도를 측정하기가

매우 어렵습니다.

 

굽힘강도 (Bending Strength)

물체에 구부리는 힘이 가해졌을 때

물체는 하중에 따라서 

휨값이 커지게되며, 

파손이 되었을 때

물체의 최대 응력을 의미 합니다.

굽힘력이 가해 졌을 때

굽힘면의 안쪽에 있는 물체의 

가장자리에서의 응력은

최대 압축응력 값이 되며,

굽힘면 바깥쪽에서의 응력은 

최대 인장응력 값이 됩니다.

 

전단강도 (Shear Strength)

물체에 전단하중이 가해졌을 때

물체가 구조적으로 파괴되지 않은

상태의 최대 응력을 의미 한다.

 

비틀림 강도 (Torsional Strenth)

물체를 비트는 하중이 작용하였을 때

물체가 구조적으로 파괴되지 않은

상태의 최대 응력을 의미 한다.

 

지난 포스팅 응력(Stress)와 변형률(Strain)

관련하여 설명을 드렸는데, 

결국 강도도 응력(Stress)와 변형률(Strain)과

관계가 있는 물체의 성질입니다.

 

응력(Stress)와 변형률(Strain) 관계에서

직선구간을 유지하면서 일어나는 변형을

탄성 변형이라고하며, 

이 직선구간에서의 최대 응력을

항복강도 (Yeild Strength)라고 합니다.

이 구간이 지나면,

외력을 제거하여도

물체의 모양이 돌아오지 않는 

소성 변형이 발생하게되며

소성변형이 지속되다가

극한강도 (Ultimate Strength)값이 지나면

물체가 파괴되게 됩니다.

 

오늘 이 포스팅에서 말하고 있는 

강도 (Strength)는

물체가 파괴되기 시작하지 직전인

극한강도 (Ultimate Strength)와

동일한 의미로 이해하시면 됩니다.

 

응력(Stress)와 변형률(Strain)에

대한 자세한 내용은

아래 포스팅 참고하시기 바랍니다.

 

물체의 경도 (Hardness)

많은 사람들이 강도(Strength)와 

헷갈리는 물체의 성질이 

경도(Hardness) 입니다.

물체의 경도(Hardness)는

표면 강도를 말합니다.

물체를 다른 물체로 눌렀을 때

그 물체의 변형에 대한 

저항력의 크기를 말하며

많이 사용하는 것이 

경도를 측정하는 방법에 따라

브리넬 경도 (Brinell Hardness)

로크웰경도 (Rockwell Hardness)

쇼어 경도 (Shore Hardness)

비커스 경도 (Vickers Hardness)가 있습니다.

브리넬 경도 (Brinell Hardness)

강구를 시료 표면에

정하중을 가한 후

하중을 제거하여 남아있는 

압입 자국의 표면적을 하중으로

나눈 값을 의미 합니다.

밑에서 설명할 로크웰 경도대비

조금 더 단단한 재료의 경도(Hardness)를

측정할 때 사용하는 방법입니다.

 

로크웰경도 (Rockwell Hardness)

지정된 형상의 강구슬 또는

다이아몬드 원추 입자를 이용하여 

물체에 하중을 2회 가한 후

움푹 패인 깊이차를 말합니다.

로크웰경도 (Rockwell Hardness) 시험은

압입자국이 적고 얇은 재료이거나 

작고 열처리된 단단한 재료에도

시험 적용이 가능합니다.

 

쇼어 경도 (Shore Hardness)

쇼어경도시험기를 이용한 방법으로

일정한 높이에서 시료의 표면에

낙하시킨 둥근 다이아몬드의 끝에 있는 

강재 해머가 튕겨져 올라온

높이를 측정하여 경도값을 측정합니다.

쇼어 경도는 압입자국이 남지않아서

시험 후 재료를 제품에

적용이 가능합니다.

 

비커스 경도 (Vickers Hardness)

피라미드형 다이아몬드 압자를 

재료 표면에 대고 1~50kg의 하중으로 

압착하여 오목부를 만든 후 

시험 하중을 

하중을 제거한 후 남아있는 

오목부의 표면적으로 나눈 값입니다.