기계공학과: 4대 역학: 고체역학(재료역학)

 

안녕하세요. 오늘은 기계공학에서 가장 중요한 4대 역학 중 중요한 과목 중 하나인 고체 역학(재료 역학)에 대해 알아보겠습니다.

재료 역학은 구조체가 다양한 종류의 하중에 대해 어떻게 반응하는지를 다루는 응용역학의 한 분야입니다. 이 분야는 강도학, 변형체 역학이라는 다른 이름으로도 알려져 있습니다. 이 분야에서 다루는 구조체는 축방향 하중이 작용하는 막대, 비틀림이 작용하는 축, 굽힘 하중이 작용하는 보, 압축 하중이 작용하는 기둥 등 다양합니다.

재료의 역학의 주요 목표는 구조체와 그 구성요소에 작용하는 하중으로 인한 응력, 변형, 변위를 결정하는 것입니다. 기계적 행동에 대한 이해는 항공기, 안테나, 건물, 다리, 기계, 모터, 선박, 우주선 등 모든 종류의 구조물의 안전한 설계에 필수적입니다. 이러한 이유로 재료의 역학은 많은 엔지니어링 분야에서 기본적인 주제입니다.

재료의 역학에서는 안정적인 변형체에 작용하는 외부 및 내부 힘을 검토하는 것으로 문제를 시작합니다. 먼저, 몸체에 작용하는 하중과 그 지지 조건을 정의하고, 그 다음에는 지지 부분에서의 반력과 구성 요소 또는 요소의 내부 힘을 정적 평형의 기본 법칙을 사용하여 결정합니다(몸체가 정적으로 결정되어 있는 경우).

재료의 역학에서는 실제 몸체, 즉, 하중을 받아 변형하는 유한 치수의 몸체 내부의 응력과 변형을 연구합니다. 응력과 변형을 결정하기 위해 재료의 물리적 특성뿐만 아니라 수많은 이론적 법칙과 개념을 사용합니다. 재료의 역학은 몸체의 변형에 기반한 추가적인 필수 정보를 제공하여 정적으로 결정할 수 없는 문제(정적 평형의 법칙만으로는 해결할 수 없는)를 해결하는 데 필요합니다.

재료의 역학에서는 이론적 분석과 실험 결과가 모두 중요한 역할을 합니다. 이론은 기계적 행동을 예측하기 위한 식과 방정식을 도출하는 데 사용되지만, 이러한 표현식은 재료의 물리적 특성이 알려져 있을 때만 실제 설계에 사용할 수 있습니다. 이러한 특성은 신중한 실험을 통해만 알 수 있습니다. 또한, 모든 실제 문제가 이론적 분석만으로 해결 가능한 것은 아니며, 이러한 경우 물리적 테스트가 필수적입니다.

재료의 역학의 역사적 발전은 이론과 실험 과정이 혼재되어있습니다.

레오나르도 다 빈치(1452-1519)와 갈릴레오 갈릴레이(1564-1642)와 같은 유명한 인물들은 와이어, 막대, 보의 강도를 결정하기 위한 실험을 수행하였지만, 하지만 그 분들은 결과를 설명하는 데 충분한 이론을 개발하지는 않았습니다.

반면에 유명한 수학자 레온하르트 오일러(1707-1783)는 기둥의 수학 이론을 개발하고 1744년에 기둥의 임계 하중을 계산하였습니다. 이는 그의 결과의 중요성을 보여주는 어떠한 실험적 증거도 존재하지 않았던 시기였습니다. 그의 이론이 적절한 테스트로 입증되지 않았기 때문에, 오일러의 결과는 100년 이상 사용되지 않았습니다. 그러나 현재는 그들이 대부분의 기둥의 설계와 분석의 기반을 형성하고 있습니다.

이 재료 역학(고체 역학) 이라는 학문은 주로 고정된 고체의 경우에 대부분 적용이 되어, 현재에도 많은 분야에서 사용되는 학문입니다. 그리고 특히 기계공학과 4대역학 중에서 개인적으로 가장 현실성 있게 받아드려진 과목이기도 합니다.

여기까지가 고체역학(재료역학)에 대한 설명이였습니다.