응력

예상문제 풀이

예상문제 ❶

응력의 종류와 발생 원인, 그리고 이를 개선하기 위한 방안에 대해 설명하시오.

STEP 1 접근 전략

• 난이도는 중 수준이다.

• 솔루션형 문제이므로 개념을 우선 설명하고 상황별 개선방안에 대한 간략한 해결책을 설명 한다.

• 특히, 응력 중 반도체와 관련된 부분에서는 열응력이 문제를 가장 많이 발생시키기 때문에 이에 대한 해결책을 설명하여야 한다.

STEP 2 답안 구조화 TIP

• 정의

• 종류

  ① 수직응력(Normal stress)

  ② 전단응력(Shear stress)

  ③ 굽힘응력(Bending stress)

• 형태

• 파손 형태

- 응력의 형태와 재료의 성질에 따라 다양한 형태로 파손이 발생

• 개선 방안

STEP 3 모범답안

응력이란 외력(External force)이 재료에 작용할 때 그 내부에 생기는 저항력(대응력)을 말하며, 변형력 또는 내력(Internal force)이라고도 합니다. 응력은 발생 형태에 따라 크게 수직응력, 전단응력, 굽힘응력으로 나눌 수 있으며, 각각은 수직력, 전단력 및 굽힘 모멘트 등의 외력 형태에 의해 발생합니다. 응력은 외력이 증가함에 따라 증가하지만 응력에는 한도(항복응력, 극한강도, 파단강도)가 있어서 그 재료 고유의 한도에 도달하면 재료가 마침내 파괴됩니다. 즉, 응력의 한도가 큰 재료일수록 강한 재료라고 할 수 있으며, 외력에 의해 생기는 응력이 그 재료의 한도 응력보다 작을수록 안전하다고 할 수 있습니다.

재료의 파손 또는 파괴는 응력에 의해 일어나는 것이 아니라 외력이 재료가 갖고 있는 응력의 한도를 초과할 때 파손(파괴)이 발생하는데, 재료의 성질과 외력에 의해 재료 내부에 발생하는 응력의 형태가 달라져 다양한 파손(파괴)이 발생합니다. 연성재료의 경우, 인장력에 의한 파손은 중앙부의 단면적이 감소하면서 찢어지는 듯한 형태로 파괴가 일어나고, 비틀림에 의해서는 중앙부의 단면을 따라 파괴가 발생합니다. 또한 압축력에 의해서는 중앙부 단면의 45°(최대 전단응력) 방향으로 파괴가 발생합니다. 반면, 취성재료의 경우, 인장력에 의해 중앙부의 단면과 평행하게 파괴가 발생하고 비틀림에 의해서는 중앙부 단면의 45° 방향으로 파괴가 발생합니다. 압축력에 의해서는 재료의 길이 방향으로 균열이 발생하여 길이 방향으로 갈라집니다. 이러한 파괴를 방지하기 위해서는 외력이 분산될 수 있는 설계를 하거나, 응력의 한도가 높은 재료를 사용하는 것이 가장 근본적인 해결책입니다.