재료강도학 1~13주차 강의 내용 종합 요약

문서 내 토픽

1. 응력과 변형률

재료강도학의 기초 개념으로 응력과 강도의 차이, 탄성 및 소성 변형을 다룬다. 응력-변형률 관계에서 탄성계수(Young's modulus), 푸아송 비, 전단응력과 전단변형률, 전단계수 등을 학습한다. 다축하중에서의 응력 상태, 응력 텐서, 주응력, Mohr 원 등을 통해 복잡한 응력 상태를 분석하고 이해한다.
2. 항복조건과 파괴

von Mises 항복조건과 Tresca 항복조건을 통해 복합응력 상태에서의 재료 거동을 예측한다. 공칭응력/변형률과 진응력/변형률의 차이, 가공경화, 네킹 현상을 학습한다. 파괴는 균열발생과 전파로 구성되며, 취성파괴와 연성파괴의 메커니즘, Griffith 이론, 파괴인성 등을 다룬다.
3. 전위(Dislocation) 이론

결정 내 원자 배열의 결함인 전위의 개념, 기하학적 모양(칼날전위, 나선전위, 혼합전위), Burgers 벡터를 학습한다. 전위의 움직임(활주, 교차슬립, 상승), 전위 주위의 응력장과 탄성변형에너지, 전위 간 상호작용, 전위의 증식(Frank-Read 원) 등을 분석한다.
4. 강화 메커니즘

재료의 강도를 향상시키는 다양한 방법들을 다룬다. 고용강화, 석출경화, 분산강화, 계수경화, 마르텐사이트 강화 등이 포함된다. 용질원자와 전위의 상호작용, Orowan Loop 메커니즘, 부피분율과 입자경도의 영향, 강도 최적화를 위한 합금 설계 원리를 학습한다.

Easy AI와 토픽 톺아보기

1. 응력과 변형률

응력과 변형률은 재료역학의 기초를 이루는 핵심 개념입니다. 응력은 단위 면적당 작용하는 힘으로 재료 내부의 저항력을 나타내며, 변형률은 원래 길이에 대한 길이 변화의 비율로 재료의 변형 정도를 정량화합니다. 이 두 개념의 관계를 나타내는 응력-변형률 곡선은 재료의 기계적 성질을 이해하는 데 필수적입니다. 탄성 영역에서는 훅의 법칙을 따르며, 소성 영역에서는 비선형 거동을 보입니다. 재료의 강도, 연성, 경도 등 중요한 성질들을 평가할 수 있어 구조 설계와 재료 선택에 매우 중요합니다.
2. 항복조건과 파괴

항복조건은 재료가 탄성 변형에서 소성 변형으로 전환되는 기준을 제시하는 중요한 개념입니다. 폰 미제스 항복 조건과 트레스카 항복 조건 등이 널리 사용되며, 이들은 복합 응력 상태에서 재료의 거동을 예측합니다. 파괴는 항복 이후 재료가 더 이상 하중을 견디지 못하고 완전히 손상되는 현상으로, 취성 파괴와 연성 파괴로 구분됩니다. 항복과 파괴 사이의 거동을 이해하는 것은 구조물의 안전성 평가와 수명 예측에 필수적이며, 재료의 신뢰성 있는 사용을 보장합니다.
3. 전위(Dislocation) 이론

전위 이론은 결정 재료의 소성 변형 메커니즘을 설명하는 가장 중요한 이론입니다. 전위는 결정 격자의 선 결함으로, 그 이동이 소성 변형을 야기합니다. 버거스 벡터는 전위의 크기와 방향을 나타내며, 나선 전위와 모서리 전위로 분류됩니다. 전위 이론을 통해 재료의 강도가 이론값보다 훨씬 낮은 이유를 설명할 수 있으며, 재료 강화의 미시적 메커니즘을 이해할 수 있습니다. 현대 재료공학에서 전위 이론은 재료의 기계적 성질 개선과 새로운 재료 개발의 기초가 됩니다.
4. 강화 메커니즘

강화 메커니즘은 재료의 강도를 증가시키는 다양한 방법들을 설명합니다. 결정립 미세화, 고용 강화, 석출 강화, 가공 경화 등이 주요 메커니즘입니다. 결정립이 작을수록 강도가 증가하며, 합금 원소의 첨가는 고용 강화를 통해 강도를 높입니다. 석출 강화는 미세한 석출물이 전위의 이동을 방해하여 강도를 증가시키고, 가공 경화는 냉간 가공 시 전위 밀도 증가로 인한 강화입니다. 이러한 강화 메커니즘들을 적절히 조합하면 우수한 기계적 성질을 가진 재료를 개발할 수 있어 산업 응용에 매우 중요합니다.