응력집중을 설명하고, 경감대책을 설명해보세요.

외부로부터 힘이나 모멘트를 받는 물체의 내부에 발생하는 응력(stress)은 종종 물체 내 특정한 지점에서 매우 큰 값을 나타내는데, 이러한 현상을 응력집중(stress concentration)이라고 부른다. 이러한 응력집중 현상은 다양한 요인들에 기인하여 발생하는데, 가장 대표적인 요인들은 물체의 특징적인 형상, 물체를 구성하는 재료의 불연속, 점하중(point load)과 같은 특이한 하중 및 구속조건들이다.

특징적인 형상이란 균열(crack)과 같이 물체가 예리하게 두 부분으로 금이 가 있는 선단부나 물체 내부에 구멍이 존재하는 등의 형상의 급격한 변화를 말한다. 특히, 균열 선단부에서는 응력 값이 기하급수적으로 증가하기 때문에 그 값을 정확하게 계산하기란 여간 어려운 일이 아니다.

응력집중계수는 이러한 특징영역에서의 매우 큰 집중응력을 특징적인 상황이 존재하지 않는 물체의 나머지 영역에서의 평균 응력 값으로 나눈 상대적인 비로 정의된다.

응력집중은 구조물의 부분들이 적절한 비율을 갖도록 세기를 감소시킬 수 있다. 완만한 모양의 필릿은 단면이 변하는 부분의 모퉁이에서의 부드러운 표면은 균열의 생성을 저지한다. 모서리 진 곳이나 단차 부위를 둥글게 가공하거나 경사지게 가공하여 단면적의 변화를 완만하게 해 주면 된다. 또한 열처리를 하거나 보강재를 이용하면 응력집중을 완화할 수 있다.