포털:기술 공학/고체역학/기본적 개념

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고체역학을 이해하기 위해 필수적으로 알아야 하는 개념을 정리합니다.

Continuum

Continuum은 우리말로 '연속체'라고 번역됩니다. 공학에서 많이 쓰이는 개념입니다.

모든 물체는 불연속적인 원자로 이루어져 있습니다. 하지만 우리가 원자 그 자체를 관찰하기는 쉽지 않습니다. 또한 꼭 그래야 할 이유도 없습니다. 그래서 공학에서는, 물체를 분석하는 데 필요한 최소한의 축척을 설정하고 분석하는 경우가 많습니다. 예를 들어 전통적인 기계공학에서는 μm 정도의 스케일이면 충분합니다.

그랬을 때, 그 축척 상에서는 마치 물체가 연속적으로 이루어진 것과 같은 경향을 보입니다. 어느 위치에서든 똑같은 성향을 보인다는 것입니다. 이러한 개념을 Continuum이라고 합니다. 이는 아래 설명할 Stress와 Strain을 이해하는 데 필수적입니다. 또한 유체역학 등에서 운동을 분석할 때 흔히 쓰이는 Finite Element Method도 Continuum 개념 아래에서만 성립합니다.

m:ko:연속체

Stress와 Strain

Stress

Stress는 쉽게 말해서 단위면적당 작용하는 힘을 말합니다. 압력과 비슷한 것으로 오해하는 경우도 있는데, 이 둘은 전혀 다른 개념입니다. 일단, 압력과는 달리 Stress는 면적에 평행한 힘도 고려합니다. 또한 Stress는 힘으로 인한 재료의 변형과 연관되어 있습니다.

m:ko:응력

Strain

Stain은 재료의 변형률을 말합니다. 길이의 변화와 각도의 변화를 동시에 고려합니다.

m:ko:변형률

Normal과 Shear

Stress나 Strain에는 두 가지 방식을 사용합니다. Normal은 어떤 Element에 대해 수직한 방향이고, Shear은 평행하게 작용하는 것을 말합니다. 그림1에서 σ_xx가 Normal, σ_xy가 Shear Stress를 나타냅니다.

이 방식은 Cauchy가 고안한 것입니다.