재료의 물성 - 응력-변형률 선도(Stress-Strain Diagram)

 

 

응력-변형률 선도(Stress-Strain Diagram)

주어진 그래프는 응력-변형률 곡선의 전형적인 예시로, 재료가 어떻게 변형되는지를 단계별로 보여줍니다. 각 단계는 재료의 중요한 기계적 성질을 나타내며, 다음과 같은 특징을 가지고 있습니다:

1. 선형 영역 (O-A-B):
   • O-A: 이 영역은 응력과 변형률이 선형 관계를 가지며, 이 관계는 훅의 법칙에 의해 설명됩니다. 이 부분은 재료가 탄성 변형을 하는 구간으로, 응력이 제거되면 재료는 원래 상태로 돌아갑니다. 이 기울기는 탄성계수(Young's Modulus)를 나타냅니다.
   • A-B: 비례 한도까지 도달한 후, 비례 한도를 넘어서도 여전히 탄성 변형을 유지합니다. 이 영역은 재료가 완전한 탄성 변형을 겪는 마지막 부분입니다.
   • A(비례한도):  재료가 응력과 변형률이 선형 관계를 가지는 최대 지점.
   • B(항복응력): 재료가 영구 변형을 시작하는 지점.
2. 완전소성 또는 항복 (B-C):
   • B-C: 이 구간에서 재료는 항복점에 도달하며, 이 이후로는 응력이 증가해도 변형률이 크게 증가합니다. 이 영역은 항복영역이라 불리며, 재료가 영구 변형을 시작하는 지점입니다. 이 지점 이후에는 응력을 제거해도 원래 상태로 돌아가지 않습니다(소성 변형).
3. 변형경화 (C-D):
   • C-D: 항복점을 넘어서서, 재료는 다시 응력이 증가하며 변형률이 증가합니다. 이 과정에서 재료는 변형경화(Work Hardening)를 겪으며, 더 큰 응력을 견디게 됩니다. 이 지점에서 재료의 강도는 극한응력(Ultimate Strength)에 도달하게 됩니다.
   • D(극한응력): 재료가 견딜 수 있는 최대 응력.
4. 네킹 (D-E):
   • D-E: 극한응력을 넘어서면 재료의 단면적이 줄어드는 네킹(Necking) 현상이 발생합니다. 이로 인해 재료의 강도는 감소하고, 결국 파단(Breaking Point)에 이르게 됩니다. 이 지점에서 재료는 파괴됩니다.
5. 파단 이후 (E-E'):
   • E-E': 일부 재료는 파단 이후에도 연신이 발생할 수 있습니다. 이는 주로 연성 재료에서 나타나는 현상입니다.

---

재료의 선형 영역 판단 방법

1. 응력과 변형률 데이터 수집: 실험을 통해 재료에 가해지는 응력과 그에 따른 변형률 데이터를 수집합니다.
2. 응력-변형률 그래프 작성: 수집한 데이터를 이용하여 응력-변형률 그래프를 작성합니다.
3. 선형성 확인: 그래프에서 초기 부분이 직선인지 확인합니다. 선형 영역에서는 응력과 변형률이 비례 관계를 유지하므로, 이 부분이 직선으로 나타납니다.

 

---