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[재료역학] 변형률(Strain)이란? 실제 계측 값 소프트웨어 분석 본문
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변형률(Strain)이란?
변형률은 물체나 재료가 힘에 의해 변형되는 정도를 나타내는 물리적인 개념입니다. 이는 변형된 크기와 원래의 크기 사이의 비율로 표현됩니다. 일반적으로 변형률은 재료의 탄성 특성과 관련이 있으며, 재료의 탄성 한계를 판단하거나 설계 과정에서 중요한 역할을 합니다.
변형률은 일반적으로 다음과 같은 수식으로 표현됩니다
- ε = (ΔL / L₀)
ε는 그리스 문자로 입실론을 사용 합니다. ΔL은 변형된 길이(L - L₀)를 의미합니다. 여기서 L은 변형된 길이이고, L₀는 원래의 길이를 나타냅니다.
예를 들어, 어떤 길이가 10cm에서 12cm로 변형되었다면, ΔL는 12cm - 10cm = 2cm가 됩니다. 원래의 길이 L₀는 10cm입니다. 이를 변형률의 수식에 대입하면 아래와 같이 계산 됩니다.
ε = (2cm / 10cm) = 0.2
따라서, 이 예제에서의 변형률은 0.2 또는 20%입니다.
변형률은 재료의 물리적 특성을 이해하고 설계에 활용하는 데 중요한 역할을 합니다. 예를 들어, 탄성 재료의 경우, 작은 변형률 범위 내에서는 변형된 형태에 힘이 제거되면 원래의 형태로 회복될 수 있습니다. 그러나 탄성 한계를 넘어서면 재료는 변형된 상태를 영구적으로 유지하게 됩니다.
이와 같이 변형률은 물리적인 변형의 정도를 측정하고 재료의 탄성 특성을 이해하는 데에 활용되는 중요한 개념입니다.
변형률의 특징 중에 하나가 단위가 없습니다(Unitless). 그리고 길이의 변화량을 단위길이의 비로 표현하기 때문에 값이 굉장히 작습니다. 아래에 실습을 통해 해당 특징들을 확인해보겠습니다.
변형률(Strain) 사용 예제
위 그림은 팜테크 사에서 판매 중인 nCode Glyphworks라는 Post Analysis 소프트웨어 입니다. 대부분의 산업 분야에서 활용되고 있는 툴입니다. 그림에서 외부에서 계측한 스트레인 값을 사용해서 Fatigue를 분석하는 프로파일입니다.
TSInput1에 변형률 값이 들어가는 데 확대해서 보면 아래와 같습니다.
그림2와 같이 별도의 단위가 없기 때문에 E(입실론) 기호로 표기 해줍니다. 그리고 일반적으로 변형률의 값은 굉장히 작은 값이기 때문에 u (10^(-6))으로 표기하고 있습니다.
