탄성
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1. 개요
탄성은 외부 힘에 의해 변형된 물체가 힘이 제거된 후 원래의 형태로 되돌아가는 성질을 말한다. 선형 탄성, 비선형 탄성, 엔트로피 탄성, 점탄성 등 다양한 종류가 있으며, 재료가 선형 탄성을 나타낼 때 응력은 변형률에 비례하며, 그 비례 상수를 탄성률이라고 한다. 탄성 계수에는 영률, 전단 탄성률, 체적 탄성률 등이 있으며, 단위는 파스칼(Pa)을 사용한다. 유한 변형 이론에서는 코시 탄성체, 저탄성체, 초탄성체 등의 모델을 사용하여 탄성 거동을 설명한다. 탄성은 구조물의 설계 및 해석, 엘라스토머 기반 물체 및 생체 재료의 응답 결정에 응용되며, 기공률, 균열, 미시적 요인 등이 탄성에 영향을 미친다. 초탄성은 형상기억합금이 탄성을 발휘하여 미리 설정된 모습으로 돌아오는 성질을 의미하며, 형상기억합금의 응용에 활용된다.
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| 탄성 | |
|---|---|
| 지도 정보 | |
| 기본 정보 | |
| 정의 | 물체가 외부 힘에 의해 변형되었을 때, 그 힘이 제거되면 원래의 모양으로 되돌아가는 물리적 성질 |
| 관련 분야 | 고체역학 |
| 종류 | 선형 탄성 비선형 탄성 초탄성 점탄성 |
| 탄성 변형 | |
| 특징 | 변형 에너지가 저장됨 힘 제거 시 원상 복귀 에너지 소실 없음 (이상적인 경우) |
| 변형 종류 | 인장 압축 굽힘 비틀림 |
| 탄성 한계 | |
| 정의 | 탄성 변형을 유지할 수 있는 최대 응력 |
| 초과 시 | 소성 변형 발생 |
| 탄성 계수 | |
| 정의 | 물체의 탄성을 나타내는 값 |
| 종류 | 영률 전단 탄성률 체적 탄성률 |
| 응용 분야 | |
| 활용 예시 | 건축 구조물 기계 부품 스포츠 용품 지진 공학 |
| 관련 법칙 | |
| 후크의 법칙 | 선형 탄성 영역에서 응력과 변형률의 비례 관계를 나타냄 |
| 탄성파 | |
| 정의 | 탄성 매질을 통해 전파되는 파동 |
| 종류 | P파 S파 표면파 |
| 연속체 역학 | |
| 관련 주제 | 고체역학 |
| 관련 개념 | |
| 변형 | 물체의 형태 변화 |
| 응력 | 물체 내부에 작용하는 힘 |
| 변형률 | 물체의 변형 정도 |
| 점탄성 | 탄성과 점성을 모두 갖는 성질 |
| 소성 | 영구적인 변형 |
| 역사 | |
| 관련 과학자 | 로버트 훅 아이작 뉴턴 조지 가브리엘 스토크스 앙리 나비에 오귀스탱 루이 코시 다니엘 베르누이 |
2. 역사
많은 물질은 탄성 범위 안에서 형태를 바꾸어도 원래대로 돌아간다. 이 말은 보일이 처음 사용하였다.
탄성체의 종류는 크게 변형의 크기와 응력-변형 관계의 형태에 따라 분류할 수 있다.
탄성은 응력(stress)과 변형(strain) 사이의 선형 관계로 이루어지며, 이를 선형 탄성이라고 한다. 고무 밴드와 잘 튀는 공을 예로 들 수 있다. 로버트 훅은 1675년에 이 개념을 처음 언급하기 시작하였으며,[21][22] 이러한 선형 관계는 훅 법칙으로 불린다. 선형 탄성의 전형적인 모델은 "완벽하게 원래의 모습으로 돌아가는" 용수철이다.
3. 종류
고무와 같은 엘라스토머의 탄성은 엔트로피 탄성으로, 금속 등의 에너지 탄성과는 발생 원리가 다르다.
3. 1. 선형 탄성
많은 물질은 탄성 범위 안에서 형태를 바꾸어도 원래대로 돌아간다. 이 말은 보일이 처음 사용하였다.
탄성은 응력(stress)과 변형(strain) 사이의 선형 관계로 이루어지며 이를 선형 탄성이라고 한다. 고무 밴드와 잘 튀는 공을 예로 들 수 있다. 이 개념은 처음에 로버트 훅이 1675년에 언급하기 시작하였다.[21][22] 이러한 선형 관계는 훅 법칙으로 불린다. 선형 탄성의 전형적인 모델은 "완벽하게 원래의 모습으로 돌아가는" 용수철이다.
외부 힘에 의해 탄성체가 변형되면, 변형에 대한 내부 저항을 경험하고, 외부 힘이 제거되면 원래 상태로 복원된다. 탄성률에는 영률, 전단률, 체적탄성률 등 여러 가지가 있으며, 이들은 모두 적용된 하중에 대한 변형 저항으로서 재료의 고유한 탄성 특성을 측정하는 값이다. 다양한 탄성률은 서로 다른 종류의 변형에 적용된다. 예를 들어, 영률은 물체의 신장/압축에 적용되는 반면, 전단률은 전단에 적용된다.[1] 영률과 전단률은 고체에만 적용되지만, 체적탄성률은 고체, 액체 및 기체에 적용된다.
재료의 탄성은 응력-변형 곡선으로 설명되며, 이는 응력(단위 면적당 평균 복원 내부 힘)과 변형률(상대적 변형) 사이의 관계를 보여준다.[2] 이 곡선은 일반적으로 비선형이지만, 충분히 작은 변형(고차항이 무시할 수 있는)에 대해서는 테일러 급수를 사용하여 선형으로 근사할 수 있다. 재료가 등방성이라면, 선형화된 응력-변형 관계를 훅의 법칙이라고 하며, 대부분의 금속이나 결정질 재료의 탄성 한계까지 적용되는 것으로 종종 가정되지만, 고무와 같은 재료의 큰 변형을 모델링하려면 탄성 범위 내에서도 일반적으로 비선형 탄성이 필요하다. 더 높은 응력에서는 재료가 소성 거동을 나타낸다. 즉, 비가역적으로 변형되고 응력이 더 이상 적용되지 않아도 원래 모양으로 돌아가지 않는다.[3] 엘라스토머와 같은 고무와 같은 재료의 경우, 응력-변형 곡선의 기울기는 응력에 따라 증가하여 고무가 점점 더 늘리기 어려워지는 반면, 대부분의 금속의 경우 매우 높은 응력에서 기울기가 감소하여 점점 더 늘리기 쉬워진다.[4]
작은 변형의 경우, 스프링과 같이 대부분의 탄성 재료는 선형 탄성을 나타내며 응력과 변형률 간의 선형 관계로 설명될 수 있다. 이 관계는 훅의 법칙으로 알려져 있다. 기하학에 의존적인 개념의 버전은 1675년 로버트 훅에 의해 라틴어 아나그램 "ceiiinosssttuv"으로 처음 공식화되었다. 그는 1678년에 "''Ut tensio, sic vis''" (''늘어나는 정도가 힘과 같다.'')라는 훅의 법칙을 발표하였다.[5][6] 이 법칙은 인장 힘 와 해당 신장 변위 사이의 관계, 또는 인장 응력 와 변형률 사이의 관계로 나타낼 수 있다.
:
:여기서 는 ''비율'' 또는 ''스프링 상수''로 알려진 상수이다.
:
:여기서 는 영률로 알려져 있다.[7]
3차원에서 응력과 변형률 사이의 일반적인 비례 상수는 강성이라고 하는 4차 텐서이지만, 1차원 막대와 같이 대칭성을 나타내는 시스템은 종종 훅의 법칙의 적용으로 축소될 수 있다.
고체 재료는 변형이 적을 때 변형 후 원래 상태로 돌아오는 탄성을 나타낸다. 탄성은 응력과 변형률의 관계가 일의적으로 정해져 있다는 것을 의미하며, 반드시 두 변수 간의 비례 관계를 가리키는 것은 아니지만, 단순히 '탄성'이라고만 적혀 있어도 응력과 변형률의 비례 관계인 선형 탄성을 가리키는 경우가 많다. 이는 탄성력학이나 그 파생 분야인 구조역학, 재료역학에서 주로 선형 탄성을 갖는 재료를 연구 대상으로 해왔기 때문이다.
재료가 선형 탄성을 나타낼 때, 응력 ''σ''는 변형률 ''ε''에 비례하며, 그 비례 상수를 탄성률이라고 한다. 특히 한 방향에 대한 인장(압축) 변형에 대한 탄성률 ''E''를 영률이라고 한다.
:''σ'' = ''Eε'' (훅의 법칙)
탄성이 현저하고 원래의 형상으로 돌아오는 변형을 탄성 변형이라고 한다. 금속 등은 탄성 변형으로 간주할 수 있는 변형률의 상한이 있으며, 변형이 그 범위를 벗어나면 형상이 원래대로 돌아오지 않는 소성 변형을 일으킨다. 이것을 항복이라고 하며, 그 한계점을 탄성 한계점 또는 항복점이라고 한다.
3. 2. 비선형 탄성
재료의 탄성은 응력(단위 면적당 평균 복원 내부 힘)과 변형률(상대적 변형) 사이의 관계를 나타내는 응력-변형 곡선으로 설명된다.[2] 이 곡선은 일반적으로 비선형이지만, 작은 변형에서는 테일러 급수를 사용하여 선형으로 근사할 수 있다.
등방성 재료의 경우, 선형화된 응력-변형 관계는 훅의 법칙으로 나타낼 수 있으며, 이는 대부분의 금속이나 결정질 재료의 탄성 한계까지 적용된다. 그러나 고무와 같은 재료의 큰 변형을 모델링하려면 일반적으로 비선형 탄성이 필요하다. 엘라스토머는 응력이 증가함에 따라 응력-변형 곡선의 기울기가 증가하여 점점 더 늘리기 어려워지는 반면, 대부분의 금속은 매우 높은 응력에서 기울기가 감소하여 점점 더 늘리기 쉬워진다.[4]
비뉴턴 유체와 같은 점탄성 유체는 데보라 수로 정량화되는 특정 조건에서 탄성을 나타낼 수 있다. 작은 변형의 경우 코시 응력과 무한소 변형 텐서를 사용하며, 이 경우의 재료 거동을 선형 탄성이라고 한다. 큰 변형의 경우에는 유한 변형 측정을 사용하며, 코시 탄성체, 저탄성체, 초탄성체 모델 등을 사용하여 설명한다.
초탄성은 응력에 의해 유도된 마르텐사이트 변태가 일정한 온도 조건 하에서 역변태하여 본래의 형상으로 돌아오는 현상을 말하며, 형상기억합금에 응용된다.
3. 2. 1. 엔트로피 탄성
고무처럼 금속 등에 비해 큰 변형을 하는 재료의 탄성은 엔트로피 탄성으로 분류되며, 금속 재료 등이 나타내는 탄성(에너지 탄성)과는 탄성이 발생하는 원리가 다르다. 재료 과학에서는 이러한 물질을 엘라스토머(elastomer)라고 부른다.
3. 2. 2. 에너지 탄성
고체 재료는 변형이 적을 때 변형 후 원래 상태로 돌아오는 탄성을 나타낸다. 탄성은 본래 응력과 변형률의 관계가 일의적으로 정해져 있다는 것을 의미하며, 반드시 두 변수 간의 비례 관계를 가리키는 것은 아니다. 하지만 단순히 '''탄성'''이라고만 적혀 있어도 응력과 변형률의 비례 관계인 '''선형 탄성'''을 가리키는 경우가 많다. 이는 탄성력학이나 그 파생 분야인 구조역학, 재료역학에서 주로 선형 탄성을 갖는 재료를 연구 대상으로 해왔기 때문이다.
고무처럼 금속 등에 비해 큰 변형을 하는 재료의 탄성은 엔트로피 탄성으로 분류되며, 금속 재료 등이 나타내는 탄성(에너지 탄성)과는 탄성이 발생하는 원리가 다르다. 재료 과학에서는 이러한 물질을 엘라스토머라고 부른다.
3. 3. 점탄성
비뉴턴 유체와 같은 점탄성 유체는 데보라 수로 정량화되는 특정 조건에서 탄성을 나타낸다.[4] 작고 빠르게 적용되었다가 제거된 변형에 대한 반응으로, 이러한 유체는 변형되었다가 원래 모양으로 돌아갈 수 있다. 더 큰 변형이나 더 오랫동안 적용되는 변형 하에서는 이러한 유체는 점성 액체처럼 흐르기 시작할 수 있다.
4. 탄성 계수
외부 힘에 의해 탄성체가 변형되면, 변형에 대한 내부 저항이 발생하고, 외부 힘이 제거되면 원래 상태로 복원된다. 탄성률에는 영률, 전단 탄성률, 체적 탄성률 등 여러 가지가 있으며, 이들은 모두 적용된 하중에 대한 변형 저항으로서 재료의 고유한 탄성 특성을 측정하는 값이다. 다양한 탄성률은 서로 다른 종류의 변형에 적용된다. 예를 들어, 영률은 물체의 신장/압축에, 전단 탄성률은 전단에 적용된다.[1] 영률과 전단 탄성률은 고체에만 적용되지만, 체적 탄성률은 고체, 액체, 기체에 모두 적용된다.
재료의 탄성은 응력(단위 면적당 평균 복원 내부 힘)과 변형률(상대적 변형) 사이의 관계를 보여주는 응력-변형 곡선으로 설명된다.[2] 이 곡선은 일반적으로 비선형이지만, 충분히 작은 변형에 대해서는 테일러 급수를 사용하여 선형으로 근사할 수 있다. 재료가 등방성이라면, 선형화된 응력-변형 관계를 훅의 법칙이라고 하며, 대부분의 금속이나 결정질 재료의 탄성 한계까지 적용된다. 하지만 고무와 같은 재료의 큰 변형을 모델링하려면 탄성 범위 내에서도 비선형 탄성이 필요하다. 더 높은 응력에서는 재료가 소성 거동을 나타내는데, 이는 비가역적으로 변형되고 응력이 더 이상 적용되지 않아도 원래 모양으로 돌아가지 않는다는 것을 의미한다.[3]
엘라스토머와 같은 고무 재료는 응력-변형 곡선의 기울기가 응력에 따라 증가하여 점점 더 늘리기 어려워진다. 반면, 대부분의 금속은 매우 높은 응력에서 기울기가 감소하여 점점 더 늘리기 쉬워진다.[4] 탄성은 고체에서만 나타나는 것이 아니다. 비뉴턴 유체와 같은 점탄성 유체는 데보라 수로 정량화되는 특정 조건에서 탄성을 나타낸다. 작고 빠르게 적용되었다가 제거된 변형에 대한 반응으로, 이러한 유체는 변형되었다가 원래 모양으로 돌아갈 수 있다. 더 큰 변형이나 더 오랫동안 적용되는 변형 하에서는 점성 액체처럼 흐르기 시작한다.
재료의 탄성은 응력-변형 관계를 통해 설명되기 때문에, '응력'과 '변형률'이라는 용어를 명확하게 정의하는 것이 중요하다. 일반적으로 작은 변형에 대해서만 탄성인 재료와 그렇지 않은 재료, 두 가지 유형의 관계가 고려된다.
작은 변형의 경우, 코시 응력과 무한소 변형 텐서를 사용한다. 결과적으로 예측되는 재료 거동은 선형 탄성이라고 하며, 등방성 매질의 경우 일반화된 훅의 법칙이라고 한다. 코시 탄성체와 저탄성체는 훅의 법칙을 확장하여 큰 회전, 큰 변형 및 고유하거나 유도된 이방성을 고려한다.
일반적인 상황에서는 여러 응력 측정 중 하나를 사용할 수 있으며, 탄성 응력-변형 관계는 선택된 응력 측정에 대해 일 작용 켤레인 유한 변형 측정에 따라 표현하는 것이 바람직하다.
고체 재료는 변형이 적을 때 탄성을 나타내며, 응력과 변형률의 관계가 일의적으로 정해진다. '탄성'은 응력과 변형률의 비례 관계인 선형 탄성을 의미하는 경우가 많다. 이는 탄성력학, 구조역학, 재료역학에서 주로 선형 탄성을 갖는 재료를 연구 대상으로 해왔기 때문이다.
선형 탄성 재료에서 응력 ''σ''는 변형률 ''ε''에 비례하며, 그 비례 상수를 '''탄성률'''이라고 한다.
:''σ'' = ''Eε'' (훅의 법칙)
탄성 변형은 원래 형상으로 돌아오는 변형을 의미한다. 금속 등은 탄성 변형의 상한이 있으며, 이를 벗어나면 소성 변형을 일으킨다. 이 한계점을 탄성 한계점 또는 항복점이라고 한다.
고무처럼 금속 등에 비해 큰 변형을 하는 재료의 탄성은 엔트로피 탄성으로 분류되며, 금속 재료 등이 나타내는 탄성(에너지 탄성)과는 발생 원리가 다르다. 이러한 물질을 엘라스토머라고 한다.
탄성 및 탄성 계수의 국제단위계(SI) 단위는 파스칼(Pa)이다. 파스칼은 단위 면적당 힘으로 정의되며, 압력의 측정값으로, 역학에서는 응력에 해당한다. 파스칼(탄성)은 차원 L−1⋅M⋅T−2을 갖는다.
대부분의 공학 재료의 경우, 탄성 계수는 기가파스칼(GPa, 109 Pa) 단위이다.
4. 1. [[영률]] (Young's modulus)
영률은 물체가 늘어나거나 압축될 때 얼마나 변형되기 어려운지를 나타내는 값이다. 탄성률의 한 종류로, 고체에서만 정의된다.[1]응력-변형 곡선에서 작은 변형에 대해 선형으로 근사할 수 있는데, 이때 응력과 변형률의 비례 상수가 영률이다.[7] 응력 와 변형률 사이의 관계는 다음과 같이 나타낼 수 있다.
:
여기서 가 영률이다.[7] 3차원에서 응력과 변형률 사이의 일반적인 비례 상수는 강성이라고 하는 4차 텐서이지만, 1차원 막대와 같이 대칭성을 나타내는 시스템은 종종 훅의 법칙의 적용으로 축소될 수 있다.
로버트 훅이 1678년에 발표한 훅의 법칙은 인장 힘 와 해당 신장 변위 사이의 관계를 다음과 같이 나타낸다.[5][6]
:
여기서 는 '비율' 또는 '스프링 상수'로 알려진 상수이다.
재료가 '''선형 탄성'''을 나타낼 때, 응력 ''σ''는 변형률 ''ε''에 비례하며, 그 비례 상수를 '''탄성률'''이라고 한다. 특히 한 방향에 대한 인장(압축) 변형에 대한 탄성률 ''E''를 '''영률'''이라고 한다.
금속 등은 탄성 변형으로 간주할 수 있는 변형률의 상한이 있으며, 변형이 그 범위를 벗어나면 형상이 원래대로 돌아오지 않는 소성 변형을 일으킨다. 이것을 '''항복'''이라고 하며, 그 한계점을 탄성 한계점 또는 '''항복점'''이라고 한다.
4. 2. [[전단 탄성률]] (Shear modulus)
전단에 대한 저항을 나타내는 탄성률의 일종이다. 영률이 물체의 신장/압축에 대한 탄성률이라면, 전단 탄성률은 전단에 대한 탄성률이다.[1] 전단 탄성률은 고체에만 적용된다.4. 3. [[체적 탄성률]] (Bulk modulus)
체적 탄성률은 영률, 전단률과 함께 재료의 고유한 탄성 특성을 나타내는 탄성률 중 하나이다. 영률과 전단률이 고체에만 적용되는 반면, 체적 탄성률은 고체, 액체, 기체 모두에 적용된다.[1]재료의 탄성은 응력과 변형률 사이의 관계를 나타내는 응력-변형 곡선으로 설명된다.[2] 이 곡선은 일반적으로 비선형이지만, 작은 변형에서는 테일러 급수를 사용하여 선형으로 근사할 수 있다. 등방성 재료의 경우, 선형화된 응력-변형 관계는 훅의 법칙으로 나타낼 수 있다. 대부분의 금속이나 결정질 재료는 탄성 한계 내에서 훅의 법칙을 따르지만, 고무와 같은 재료는 큰 변형에서도 비선형 탄성을 보인다.[3]
엘라스토머와 같은 고무는 응력이 증가함에 따라 응력-변형 곡선의 기울기가 증가하여 점점 더 늘리기 어려워지는 반면, 대부분의 금속은 매우 높은 응력에서 기울기가 감소하여 점점 더 늘리기 쉬워진다.[4]
점탄성 유체는 데보라 수로 정량화되는 특정 조건에서 탄성을 나타낸다. 작고 빠르게 적용된 변형에서는 변형되었다가 원래 모양으로 돌아가지만, 큰 변형이나 장시간 변형에서는 점성 액체처럼 흐른다.
작은 변형의 경우, 코시 응력과 무한소 변형 텐서를 사용하여 선형 탄성을 설명하며, 이는 등방성 매질에서 일반화된 훅의 법칙으로 나타난다. 코시 탄성체와 저탄성체는 훅의 법칙을 확장하여 큰 변형, 회전, 이방성을 고려한다.
일반적인 상황에서는 다양한 응력 측정을 사용할 수 있으며, 탄성 응력-변형 관계는 선택된 응력 측정에 대해 일 작용 켤레인 유한 변형 측정에 따라 표현하는 것이 바람직하다.
고체 재료는 변형이 적을 때 탄성을 나타내며, 응력과 변형률의 관계가 일의적으로 정해진다. '''탄성'''은 응력과 변형률의 비례 관계인 '''선형 탄성'''을 의미하는 경우가 많다.
재료가 '''선형 탄성'''을 나타낼 때, 응력 ''σ''는 변형률 ''ε''에 비례하며, 그 비례 상수를 '''탄성률'''이라고 한다. 한 방향에 대한 인장(압축) 변형에 대한 탄성률 ''E''는 '''영률'''이라고 한다.
:''σ'' = ''Eε'' (훅의 법칙)
탄성 변형은 원래 형상으로 돌아오는 변형을 의미한다. 금속은 탄성 변형의 상한이 있으며, 이를 벗어나면 소성 변형을 일으킨다. 이 한계점을 탄성 한계점 또는 '''항복점'''이라고 한다.
고무와 같은 재료는 엔트로피 탄성을 나타내며, 금속 재료의 탄성(에너지 탄성)과는 원리가 다르다. 이러한 물질을 엘라스토머라고 한다.
4. 4. 단위
탄성 및 탄성 계수의 국제단위계(SI) 단위는 파스칼(Pa)이다. 이 단위는 단위 면적당 힘으로 정의되며, 일반적으로 압력의 측정값으로, 역학에서는 응력에 해당한다. 파스칼, 그리고 따라서 탄성은 차원 L−1⋅M⋅T−2을 갖는다.대부분의 일반적으로 사용되는 공학 재료의 경우, 탄성 계수는 기가파스칼(GPa, 1G) 단위이다.
5. 유한 탄성
외부 힘에 의해 탄성체가 변형되면, 변형에 대한 내부 저항을 경험하고, 외부 힘이 제거되면 원래 상태로 복원된다. 재료의 탄성은 응력(단위 면적당 평균 복원 내부 힘)과 변형률(상대적 변형) 사이의 관계를 보여주는 응력-변형 곡선으로 설명된다.[2]
유한 변형을 겪는 물체의 탄성 거동은 코시 탄성체 모델, 저탄성체 모델 및 초탄성체 모델과 같은 여러 모델을 사용하여 설명되어 왔다. 변형률 기울기(''F'')는 유한 변형 이론에서 사용되는 주요 변형 측정값이다.
6. 응용
선형 탄성 이론은 보, 판 및 쉘, 샌드위치 복합재료와 같은 구조물의 설계 및 해석에 널리 사용된다. 이 이론은 많은 파괴 역학의 기초가 된다.
초탄성 이론은 주로 엘라스토머 기반 물체(예: 개스킷) 및 생체 재료(예: 연조직, 세포막)의 응답을 결정하는 데 사용된다.
7. 탄성에 영향을 미치는 요인
등방성 고체에서 영률로 나타낸 벌크 물질의 이론적 탄성도가 알려진 경우, 유효 탄성도는 기공률에 의해 결정된다. 일반적으로 기공이 많은 물질일수록 강성이 낮다. 더 구체적으로, 기공의 비율, 서로 다른 크기에서의 기공 분포, 그리고 기공이 채워진 유체의 특성은 고체에서 서로 다른 탄성 거동을 야기한다.[9]
등방성 물질에 균열이 있는 경우, 균열의 존재는 균열면에 수직인 영률과 전단 계수에 영향을 미치며, 균열의 밀도가 증가함에 따라 감소한다(영률이 전단 계수보다 더 빠르게 감소함).[10] 이는 균열의 존재가 물체를 더욱 취성으로 만든다는 것을 나타낸다.
미시적으로, 재료의 응력-변형률 관계는 일반적으로 헬름홀츠 자유 에너지라는 열역학적 양에 의해 결정된다. 분자는 구조에서 유래된 제약 조건에 따라 자유 에너지를 최소화하는 배열로 정착하며, 에너지 항 또는 엔트로피 항이 자유 에너지를 지배하는지에 따라 재료는 크게 '에너지 탄성'과 '엔트로피 탄성'으로 분류될 수 있다.
따라서, 평형 상태에 있는 분자 사이의 거리와 같은 자유 에너지에 영향을 미치는 미시적 요인은 재료의 탄성에 영향을 줄 수 있다. 예를 들어, 무기 재료에서, 0 K에서 분자 사이의 평형 거리가 증가함에 따라 체적 탄성률이 감소한다.[11]
온도가 탄성에 미치는 영향은 여러 가지 요인이 있기 때문에 분리하기 어렵다. 예를 들어, 재료의 체적 탄성률은 격자의 형태, 팽창에 대한 거동, 그리고 진동하는 분자 모두에 의존하며, 이 모든 것은 온도에 따라 달라진다.[12]
8. 초탄성과 형상기억합금
의탄성(pseudoelasticity) 또는 초탄성(superelasticity)은 형상기억합금이 탄성을 발휘하여 미리 설정된 모습으로 돌아오게 하는 성질을 말하며, 강철과 같은 일반 기계 부품에 쓰이는 용수철에 비해 탄성 변형의 허용폭이 크다.
예를 들어, 형상기억합금으로 만든 용수철을 기계의 작동 온도보다 낮은 온도로 탄성을 회복하는 합금으로 만들어 사용하면, 더 큰 부하를 걸 수 있어 공학적으로 유리하다. 특히 탄성 회복 온도가 낮은 형상기억합금을 의탄성 합금이라고 한다.
초탄성은 응력에 의해 유도된 마르텐사이트 변태가 일정한 온도 조건에서 역변태하여 본래의 형상으로 돌아오는 것을 가리킨다. 일반적인 탄성 변형보다 큰 변형을 허용하며, 그 변형은 후크의 법칙을 따르지 않는다. 이 성질을 응용한 것이 형상기억합금이다. 특히 탄성 회복 온도가 상온 이하인 형상기억합금은 초탄성 합금이라고도 한다.
참조
[1]
서적
Theory of Elasticity, 3rd Edition
[2]
서적
The Physics of Rubber Elasticity
https://archive.org/[...]
Clarendon Press
[3]
서적
Elasticity: Theory, Applications, and Numerics
https://archive.org/[...]
Elsevier
[4]
서적
Structure, Deformation, and Integrity of Materials, Volume I: Fundamentals and Elasticity
Wiley VCH
[5]
서적
Theory of elasticity for scientists and engineers
https://archive.org/[...]
Birkhäuser
[6]
웹사이트
Strength and Design
https://web.archive.[...]
Linda Hall Library of Science, Engineering & Technology
[7]
서적
Nonlinear Solid Mechanics: Theoretical Formulations and Finite Element Solution Methods
https://books.google[...]
Springer Science & Business Media
2009-06-02
[8]
서적
The Non-linear Field Theories of Mechanics
Springer-Verlag
[9]
학술지
Multiscale modeling of the effective elastic properties of fluid-filled porous materials
https://unsworks.uns[...]
2019-05-01
[10]
서적
Elasticity: Theory, Applications, and Numerics
https://archive.org/[...]
Elsevier
[11]
서적
Elasticity: Theory, Applications, and Numerics
https://archive.org/[...]
Elsevier
[12]
서적
Elasticity: Theory, Applications, and Numerics
https://archive.org/[...]
Elsevier
[13]
문서
ただし、液体や気体も弾性を有する。
[14]
서적
英語語義語源辞典
三省堂
[15]
서적
広辞林 第六版
三省堂
[16]
웹사이트
弾性体
https://www.jsme.or.[...]
[17]
웹사이트
高弾性
http://dic.yahoo.co.[...]
[18]
웹사이트
高弾性
http://dic.yahoo.co.[...]
[19]
웹사이트
elasticity
https://www.kps.or.k[...]
[20]
웹사이트
elasticity
https://new.kcsnet.o[...]
[21]
웹인용
Arch Design
https://web.archive.[...]
2008-01-23
[22]
문서
his description of the catenary
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