Stress-Strain Curve 응력 변형률 곡선

응력-변형률 곡선(Stress-Strain Curve)은 재료가 외부 하중을 받을 때 그 하중에 대한 재료의 변형 정도를 시각적으로 나타낸 그래프입니다. 이 곡선은 재료의 물리적 성질을 이해하는 데 중요한 도구로, 재료의 강도와 변형 능력을 평가하는 데 사용됩니다.

 

응력(Stress)은 재료에 가해지는 하중을 재료의 단면적으로 나눈 값으로, 단위는 보통 파스칼(Pa)을 사용합니다. 변형률(Strain)은 재료가 하중을 받았을 때의 길이 변화 비율을 나타내며, 이는 무차원 수치로 표현됩니다. 이 곡선은 주로 인장시험을 통해 얻어지며, 다음과 같은 주요 구간으로 나누어집니다:

 

1. 탄성 영역(Elastic Region): 응력이 가해졌을 때 재료가 원래의 형태로 돌아가는 구간입니다. 이 구간에서 재료는 비례적으로 변형되며, 응력이 제거되면 변형도 사라집니다. 이 영역에서는 영률(Young's Modulus), 즉 탄성계수가 나타나며, 이는 재료의 강성을 측정하는 중요한 지표입니다.
2. 항복점(Yield Point): 탄성 영역을 넘어서면 재료가 영구적으로 변형되기 시작하는 구간으로, 이 지점을 항복강도(Yield Strength)라고 합니다. 이 지점에서 재료는 더 이상 탄성적으로 변형되지 않으며, 변형이 계속됩니다.
3. 소성 영역(Plastic Region): 재료가 영구 변형을 겪는 구간입니다. 항복 이후, 변형이 진행됨에 따라 응력이 증가하다가 변형도 경화(Strain Hardening) 현상이 발생할 수 있습니다. 이 구간에서는 재료가 더 이상 원래 상태로 돌아가지 않으며, 큰 변형을 견딜 수 있습니다.
4. 네킹(Necking): 소성 변형이 진행되면서 재료의 단면적이 급격히 감소하는 구간입니다. 네킹이 발생한 후에는 재료의 파단이 임박하게 됩니다.
5. 파단(Fracture): 결국 재료는 과도한 변형을 견디지 못하고 파단에 이르게 되며, 이때의 응력을 파괴강도(Ultimate Strength)라고 합니다.

 

이 응력-변형률 곡선은 재료의 강도, 인성, 연성 등을 평가하는 데 중요한 정보를 제공합니다. 연성 재료는 항복 후에도 큰 변형을 견디는 반면, 취성 재료는 작은 변형을 받자마자 파괴될 수 있습니다. 예를 들어, 강철 같은 연성 재료는 파단 전까지 큰 변형을 흡수할 수 있지만, 콘크리트와 같은 취성 재료는 거의 변형 없이 파괴됩니다.

 

응력 - 변형률 선도 - stress - strain diagram

응력 - 변형률 선도 - stress - strain diagram

 

이러한 정보들은 재료 선택과 구조 설계에 있어 중요한 기준이 되며, 특히 엔지니어링 및 건축 분야에서 자주 활용됩니다.