(재료역학)인장변형과 전단변형의 차이점(특히부피에서)

1차 응력상태 : 1방향으로만 작용

2차 응력상태 : 2방향(수직, 수평)으로 작용.... 여기서 부터 부재내부에 전단응력이 발생하게 됩니다..(2방향의 응력이 같을 경우 45도 방향으로).

3차 응력상태 : 2방향과 전단응력도 작용하는 상태


단순하게, 인장력만 작용할경우와 전단력만 작용할경우로 본다면

1. 인장응력만..=> 1차 응력상태

그림) <- [물체] -> ... 이런 응력상태입니다.

미소부분으로 본다면, 원래는 정사각형이였던 것이 인장력으로 인해 직사각형으로 변하게 됩니다...

가로방향으론 변형이 증가하고, 세로방향으론 감소하는 형태..
(세로로 작용했다면 반대입니다.)

실험하는 부재의 전체을 본다면 체적변화는 없겠지만
당기는 방향에 대하여 단위길이당 체적으로 본다면, 원래 미소부분의 밑변에 대하여 가로는 증가, 세로은 감소하였기 때문에 체적은 감소한다고도 볼수있습니다.


2. 전단응력이 작용할경우

역시 미소부분으로 본다면, 정사각형이던것이 사변형 또는 평행사변형으로 변합니다.
(전단응력이 작용할수있는 방향은 2가지 밖에는 없습니다.)
=> 왼쪽 위 모서리에서 (위쪽+왼쪽) 방향과 오른쪽 아래 모서리로 (아래+오른쪽)방향
=> 왼쪽 위 모서리에서 (아래,오른쪽), 오른쪽 아래 모서리에서 (위, 왼쪽)..

모서리쪽으로 두 전단응력이 모이던가, 둘다 나가는 형태 밖에는 없습니다.
또, 왼쪽과 오른쪽에 전단응력이 작용한다는 말은 작용방향이 반대어야만 가능하죠..
만약, 둘다 같은 방향으로 작용한다면 전단이 아닌 한방향으로 당기는 것.

즉, 작용상태가 짝을 이루면서 일종의 우력이 됩니다.

그래서, 변형은 사변형으로 변하게 됩니다.
(만약, 전단응력 역시 2방향이 아닌 1방향으로만 작용했다면 평행사변형으로 변함)

위-아래로 전단을 걸 경우와 오른-왼쪽으로 전단을 걸 경우, 또 앞의 두가지를 같이 할경우 3가지가 있겠네요.

1) 위-아래(세로방향)으로 전단이 걸린 경우
=> 정사각형이였던 것이 세로변은 평행하고 가로변이 경사진 평행사변형이 될겁니다.

2) 왼-오른(가로방향)으로 전단을 걸 경우
=> 정사각형이 가로변은 평행, 세로변이 경사진 평행사변형.

3) 동시에 작용할 경우
=> 마름모형태로

1), 2) 인 경우 힘을 걸어준 방향에 평행한 경우와 수직으로의 체적변화

a) 전단응력 방향에 평행으로의 체적변화
=> 응력방향의 변은 평행하고 수직방향의 변이 경사짐.
원래 정사각형의 밑변은 그대로지만 세로변이 옆으로 밀린 형상이 되므로, 단위길이당체적은 감소한다고 볼수 있습니다.

b) 전단응력 방향에 수직으로의 체적변화
=> 똑같이 밀린 모양이지만, 단위길이에 대하여 옆으로 삐져나간게 아니라 위아래로 늘어난 모양이 되어서 체적변화는 없습니다.


3)과 같이 동시작용시는 마름모형태가 되어서 언제나 체적은 감소하게 될거구요.

국부적(미소)으로 봐서 이렇다는 것이고요,
만약, 실험재료가 스폰지같이 힘을 받으면 체적이 마구 변하는 것에는 적용할수 없습니다...


참고하세요