기계적 성질과 파괴
응력-변형률 곡선, 영률, 0.2% 내력, 진응력, 경도 시험, 파괴 인성, 피로, 크리프, 연성-취성 천이를 3지선다 문제로 확인합니다. 강도 설계 계산도 해설과 함께 연습할 수 있습니다.
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기계적 성질과 파괴 핵심 정리
인장 시험의 응력-변형률 곡선으로부터 영률, 항복 응력(또는 0.2% 내력), 인장 강도, 연신율을 알 수 있습니다. 영률은 원자 간 결합으로 정해지므로 열처리로는 거의 변하지 않지만, 항복 응력은 조직에 따라 크게 달라집니다. 공칭 응력과 진응력의 차이, 비커스·브리넬·로크웰 경도 시험의 원리도 알아 둡시다.
실제 파괴에서는 균열의 크기와 파괴 인성 K_IC로부터 K = Yσ√(πa)를 이용해 한계 응력이나 균열 길이를 추정합니다. 반복 하중에 의한 피로, 고온에서 시간에 따라 변형이 진행되는 크리프, BCC 금속이 저온에서 취약해지는 연성-취성 천이도 부품의 수명을 좌우하는 중요한 현상입니다.
기계적 성질과 파괴 문제 목록(12문제)
- 강의 영률에 대한 설명으로 옳은 것은 무엇인가?
- 지름 10 mm의 환봉에 10 kN의 인장 하중이 걸려 있다. 공칭 응력에 가장 가까운 것은 무엇인가?
- 영률 200 GPa인 강봉(길이 2.0 m)에 탄성 범위 내에서 100 MPa의 인장 응력을 가했다. 봉의 늘어난 길이에 가장 가까운 것은 무엇인가?
- 알루미늄 합금처럼 뚜렷한 항복점이 나타나지 않는 재료에서 사용하는 0.2% 내력을 구하는 방법으로 옳은 것은 무엇인가?
- 인장 시험에서 네킹이 시작되기 전인 공칭 변형률 0.20의 시점에서 공칭 응력이 400 MPa였다. 소성 변형에서 부피가 일정하다고 가정하면, 이때의 진응력에 가장 가까운 것은 무엇인가?
- 비커스 경도 시험에 대한 설명으로 옳은 것은 무엇인가?
- 파괴 인성 K_IC = 50 MPa·√m인 강판에 200 MPa의 인장 응력이 걸려 있다. 형상 계수 Y = 1.0으로 하여 K = Yσ√(πa)를 사용하면, 파괴가 일어나는 한계 균열 길이 a에 가장 가까운 것은 무엇인가?
- 같은 재료로 두께가 다른 판의 파괴 인성을 측정했을 때, 판 두께를 늘리면 겉보기 파괴 인성 K_c는 어떻게 되는가?
- 피로의 S-N 곡선에 대한 설명으로 옳은 것은 무엇인가?
- 최대 응력 +300 MPa, 최소 응력 −100 MPa인 반복 응력의 응력 진폭은 얼마인가?
- 크리프를 무시할 수 없게 되는 온도의 기준을 융점(절대 온도)의 약 0.4배로 한다. 알루미늄(융점 660℃)에서 이 기준에 가장 가까운 것은 무엇인가?
- 저온에서 연성에서 취성으로의 천이(연성-취성 천이)가 뚜렷하게 나타나는 재료는 무엇인가?