항복 강도, 소성변형, 탄성변형이란 무엇인가

 

 

고체역학에서 나오는 항복 강도, 소성변형, 탄성변형이란 무엇인가?

 

고체역학에서 가장 중요한 개념들이지만 처음에는 항복,소성,탄성이란 단어가 생소하여 잘 이해가 안된다. 먼저 이 단어들이 무슨 의미인지 알아보자.

 

(편의상 힘과 응력을 동일한의미로 적었지만 엄밀히 다른 개념이다.
 응력 = 힘/면적)

 

항복(降伏: 항복할 항, 엎드릴 복)(영어:  yield(양보하다))
: 쉽게 말해 외부의 힘(외력)에 의해 물체가 계속 버티다가 항복하고 변형이 시작된다는 뜻이다.

소성(塑性: 흙 빚을 소, 성품 성) (영어: plasticity)
: 고체에 힘을주었을때 변형되는 성질을 말한다. (가소성(可塑性)과 같은 말이라고 할수 있다.)

탄성(彈性: 탄알 탄, 성품 성) (영어:  elasticity)
: 힘을 주어 변형된 물체가 이 힘이 제거되었을때, 원래의 상태로 되돌아가려는 성질.

 

 알고보면 별거 아닌 단어들이다. 단어의 의미를 확인했으니 이제 고체의 응력-변형율 그래프를 보며 이 3가지 개념들이 어떻게 적용되는지 알아보자

 

탄성변형(elastic deformation): 가해주는 힘이 사라지면 원래 상태로 돌아오는 변형
             (그래프가 선형이다.(대각선으로 쭉 직선으로 올라가는 모양)
소성변형(plastic deformation): 가해주는 힘이 사라져도 영구적으로 남게 되는 변형
항복강도(yield strength): 탄성변형이 일어나는 한계응력(최대응력)

고체에 힘(응력)을 가해주면 고체는 처음에 탄성변형을 시작한다. 이 힘(응력)을 점점 올리게 되면 어느 순간 고체가 그 힘(응력)에 항복하게 되고...고체는 탄성변형을 끝내고 소성변형을 시작하게 된다.(한마디로 원래대로 안돌아올만큼 영구적으로 변형되기 시작함)
고체가 힘(응력)에 항복했을때의 힘(응력)을 항복응력이라고 하고 항복점이라고 표현하기도 한다.

 

참고로.... 응력-변형율 그래프에 적혀있는 인장강도, 파단강도의 개념은 아래와 같다.

인장강도(Tensile strength): 고체가 견딜수 있는 최대 응력(더 큰 힘(응력)을 가하면 파괴된다.)
파단강도(Rupture strength): 고체가 못견디고 파괴될때의 응력