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항복응력을 넘어 더 많은 힘을 가하면 물체가 늘어나면서 마지막에는 물체가 절단되는데 절단되기 전까지 가해지는 힘 중 가장 큰 힘을 인장강도 (Tensile Stress) 또는 인장응력(Tensile Strength)라고 한다. 보통 인장응력은 물체가 끊어지기 직전의 응력 보다 크다.
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한국폴리텍대학 온라인 오픈 강의
제목: 응력-변형률 선도 이해하기
내용: 재료역학, 인장시험, 응력, 변형률, 탄성구간, 소성구간
저작권: 대학(원)교 비대면 온라인 교육용 강의자료로 모든 저작권은 본 교수자에게 있으며 무단으로 배포시 법적 책임이 따르게 됩니다.
한국폴리텍대학
기계시스템학과
교수 염상훈
e-mail: [email protected]
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(업무지식) 인장강도, 항복강도, 연신율에 대한 개념 – 1000see
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항복 강도와 인장 강도 – 재료 이야기
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인장 강도 – 재료 물성값 정의 – ZwickRoell
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주제에 대한 기사 평가 인장 강도 항복 강도
- Author: SamTube
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- Date Published: 2021. 6. 16.
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항복강도 (Yield Strength)와 인장강도 (Tensile Strength)
물체에 힘을 가하여 양쪽에서 당길 때 물체의 길이는 늘어난다. 어느 정도 힘까지는 힘을 놓으면 원래 크기로 돌아가지만 일정 크기의 힘 이상으로 당긴 후 힘을 놓으면 원래 상태로 돌아가지 못하고 더 길어진다. 이 때 원래 상태로 돌아갈 수 있을 때의 최대 힘을 항복강도 (Yield Strength) 또는 항복응력 (Yield Stress)라고 한다.
항복응력을 넘어 더 많은 힘을 가하면 물체가 늘어나면서 마지막에는 물체가 절단되는데 절단되기 전까지 가해지는 힘 중 가장 큰 힘을 인장강도 (Tensile Stress) 또는 인장응력(Tensile Strength)라고 한다. 보통 인장응력은 물체가 끊어지기 직전의 응력 보다 크다.
다음의 응력-변형율 곡선에서 X축은 물체 길이의 변형율을 나타낸다. Y축은 양쪽으로 당겨 길이가 늘어나면서 받는 힘을 나타낸다. 물체의 길이가 늘어날 때 받는 힘은 인장응력 지점에서 가장 크고 그 이후에는 줄어든다.
☞ 응력-변형율 곡선
항복강도, 인장강도 등의 재료의 특성은 인장 시험기를 이용하여 구한다. 인장 시험기에 재료를 설치하고 양쪽으로 당기면서 받는 힘을 기록한다.
인장 시험기
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(업무지식) 인장강도, 항복강도, 연신율에 대한 개념
인장강도, 항복강도, 연신율에 대한 개념이 있어야 시험 결과의 이해가 가능해 진다. 알기쉽게 개념 요점만 파악해 두자.
인장시험편을 만들면 인장시험을 하게 된다. 이는 아령모양의 양쪽 끝부를 기계에 물려 놓고 양쪽 바깥 방향으로 잡아당기는 시험이다. 마치 줄다리기를 할때와 같다고 보면 된다.
<인장 시험기>
이렇게 생긴 기계에서 잡아 당기게 되면 금속은 점점 늘어나다가 끊어지게 된다.
항복강도를 이해하려면 탄성과 소성에 대한 개념을 먼저 알아야 한다.
탄성 : 어떤 물체에 힘을 가했을 때 다시 원형으로 복구되는 성질
소성 : 탄성영역을 넘는 힘을 가했을 때 다시 원형으로 복구되지 않고 변형이 되는 성질
이렇게 탄성영역을 지나 소성변형이 발생되는 지점을 항복점이라고 한다.
일반적으로 항복강도에는 0.2% OFFSET 이라는 설명이 붙어있는데 이는 아래의 그래프를 보면 이해가 쉽다.
인장강도는 소성변형이 계속 일어나다가 결국 파단되게 되는데 파단되기 전까지 가해진 가장 강한 힘을 인장강도라고 한다.
즉 이 재료가 어느정도 힘까지 견딜수 있는지를 수치화 한 것이다.
연신율은 인장시험이 끝난 후 판단할 수 있는데 인장시험하기 전 표점거리와 인장 시험 후 늘어난 표점거리를 재서
늘어난 후 표점거리- 전 표점거리 / 전 표점거리를 구해 퍼센트로 나타낸 수치 이다. 즉, 몇 퍼센트나 늘어나는가 하는 것이다.
일반적으로 연신율이 높은 재료일 수록 연질이라고 표현 하고 잘 늘어나는 성질 때문에 그 성질에 적합한 제품을 만들때 참고가 되기도 한다.
항복강도가 높을 수록 인장강도도 높아진다고 판단이 되며
연신율은 반대로 낮아진다고 판단이 된다.
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인장강도와 항복강도의 차이, 영률과 항복강도 차이, Tensile strength vs Yield strength
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영률, 인장강도, 항복강도의 차이는 뭘까?
예전 포스팅에서 영률에 대해 글을 쓴 적이 있었다.
Young’s modulus(영률)은 Elastic modulus(탄성계수로)로도 불리며, 재료 고유의 탄성 성질을 나타내는 특성을 말한다.
영률에 관한 포스팅은 아래 링크 참조
‘영률(Young’s modulus)’란?
이전 포스팅에서 설명했듯이, 응력(stress)을 가하면 내부에서 변형률(strain)이 점점 커진다.
그러면 물체가 복원이 가능한 영역인 ‘탄성 영역(elastic region)’을 지나, 복원이 불가능하여 변형이 일어나는 ‘소성 영역(plastic region)’을 지나다가 결국 물체가 끊어진다.(파단)
마치 우리가 고무를 끊임없이 잡아당긴다고 생각해보자. 초반엔 다시 원래 상태로 돌아오지만, 점점 당길수록 늘어난다. 그러다가 결국엔 끊어진다. 물체도 이 과정을 거쳐서 파단이 되는 것.
이때 탄성 영역의 기울기가 영률이다.
이때 헷갈리는 것이 영률과 인장강도, 항복강도의 차이점이다.
‘영률’은 ‘탄성 영역의 기울기’를 의미한다. 기울기가 클수록 영률이 크고, 응력을 가해도 변형률이 적다.
탄성 영역을 지나 물체가 변하는 소성 영역으로 넘어간다고 했다. 이때 원래 상태로 돌아갈 수 있는, 즉, 탄성 영역에서의 최대 힘을 ‘항복 강도(Yield strength)’라고 부른다. (= 항복 응력 : Yield stress)
‘인장 강도(Tensile strength)’는 파단되기 직전에 가해지는 stress 중 가장 큰 stress를 의미한다. (혹은 인장 응력 : Tensile stress)
source : INSTRON
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항복 강도와 인장 강도
항복 강도란, 재료에 힘을 가했을 때 원래의 상태로 돌아갈 수 있는 최대 응력을 말합니다. 재료에 스트레스를 가하면 일정 범위 안에서는 회복 가능한 변형이 일어납니다. 그리고 항복 강도가 넘으면 회복이 불가능한 소성 변형으로 변화합니다. 즉, 항복 강도보다 높은 응력의 결과로 발생하는 변형은 영구적입니다. 탄성 변형의 선형성에 대한 항복 강도는 응력과 변형의 비례 관계에서 벗어나지 않고 달성 가능한 최대 응력으로 정의됩니다. 이 점을 초과하면 추가된 하중이 거의 또는 전혀 증가하지 않고 큰 변형이 관찰됩니다. 항복 강도는 N/m 또는 파스칼로 측정됩니다. 재료의 항복 강도는 인장 시험을 사용하여 결정됩니다. 테스트 결과는 응력-변형 곡선을 그려집니다. 응력-변형 곡선이 비례에서 분리점에서의 응력은 재료의 항복 강도입니다. 일부 플라스틱의 변형은 선형 탄성이며, 최대 강도에 도달하면 재료가 파괴됩니다. 응력-변형 곡선에서 특정 재료의 정확한 항복점을 정의하는 것은 어렵습니다. 이것은 이러한 재료가 급격한 곡선을 보이지 않기 때문입니다. 오히려 항복 강도의 시작은 범위에서 발생합니다. 따라서 항복 강도의 표현으로 내력을 사용하는 것은 실용적입니다. 내력 응력은 응력-변형 곡선의 직선 탄성 영역에 평행 한 소성 변형률의 0.2%에 선을 그려 측정합니다. 이 선이 곡선을 가로지르는 지점의 응력이 증명 응력입니다. 재료의 항복 강도는 특정 재료 공정에 의해 증가될 수 있습니다. 극한 인장 강도 또는 극한 강도로 표시되는 인장 강도는 재료가 파손되거나 파손되기 전에 늘어나는 동안 견딜 수 있는 최대 응력을 말합니다. 인장 강도는 단위 면적당 힘의 크기이므로 일반적으로 평방 인치 단위로 표시되며, 대부분의 경우 psi로 축약됩니다. 인장 강도 이하의 응력이 제거되면 재료는 완전히 또는 부분적으로 원래의 모양과 크기로 돌아갑니다. 그러나 응력이 인장 강도 값에 도달하면, 이미 소성적으로 유동하기 시작한 재료가 연성을 가진 경우 넥(neck)이라고 하는 수축 영역을 형성하여 파단됩니다. 재료의 인장 강도는 인장 시험을 사용하여 결정됩니다. 이것은 시험 후 그려지는 응력-변형 곡선의 최고점입니다. 인장 강도는 공식 f = Pf / Ao 을 사용하여 결정할 수 있습니다. 여기서 Pf는 파괴 시의 하중, Ao은 원래의 단면적, f는 인장 강도입니다. 재료의 인장 강도는 제어된 표준 시험 조건에서 특정 값임을 유의하는 것이 중요합니다. 그러나 실제 응용 프로그램에서는 인장 강도는 온도에 따라 달라집니다. 섭씨 100도에서 구리의 인장 강도는 상온에서 220 Mpa에서 209 Mpa로 떨어집니다. 이러한 변화는 안전율을 사용하여 보정됩니다. 안전율은 일반적으로 설계 고려 사항으로는 원래의 인장 강도의 일부입니다. 항복 강도는 소성 변형의 지점에서 측정되지만, 인장 강도는 파괴점으로 측정됩니다. 연성 재료로 만들어진 구조의 설계 고려 사항에서 인장 강도가 사용되는 경우는 거의 없습니다. 이러한 재료가 인장 강도에 도달하기 전에 상당한 변형을 받을 것이기 때문입니다. 오히려 연성 재료는 항복 강도가 고려되어 취성 재료는 인장 강도가 사용됩니다. 디자인을 고려할 때, 인장 강도는 축 하중에 대해서만 분석됩니다. 다축 응력 상태는 항복 강도 분석에서 추정됩니다. 재료의 변형은 항복 강도를 초과한 후 발생하고, 인장 강도는 변형이 일어난 후에 도달합니다. 취성 재료에서는 인장 강도는 최소 항복 또는 항복 없이 달성됩니다. 인장 강도는 일반적으로 특정 재료의 항복 강도보다 높은 수치입니다. 재료의 인장 강도는 100%의 정확도로 확인할 수 있습니다. 그러나 대부분 재료의 항복 강도는 정확하지 않으므로 추정해야 합니다.
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인장 강도 – 재료 물성값 정의
인장 강도 R m (인열 강도라고도 함)은 강도 거동의 평가를 위한 재료 물성값입니다.인장 강도는 시편에 가할 수 있는 최대 기계적 인장 응력입니다.이 인장 강도를 초과하면 재료가 손상됩니다. 즉, 재료 시편이 최종적으로 파손될 때까지 힘의 흡수력이 감소됩니다.그러나 재료는 실제 인장 강도값에 도달하기 전에 플라스틱 변형(잔류)을 겪습니다.
인장 강도 R m 은 인장 시험(예: ISO 6892 표준[금속 재료] 또는 ISO 527 표준[플라스틱 및 복합재] 준수)을 통해 결정됩니다.
최대 달성 인장 하중 F m 과 시험 시작 시의 시편 단면 표면을 가지고 계산합니다.
인장 강도 R m = 최대 인장 하중 F m / 시편 단면 표면 S 0
인장 강도는 MPa(메가파스칼) 또는 N/mm²로 표시합니다.
응력-변형 다이어그램(응력-변형 곡선이라고도 함)에서 시편의 인장 강도는 인장 시험의 상대적 길이 변화에 따라 표시합니다.
이 곡선을 통해 시험 재료의 여러 가지 물성값(예: 탄성 거동이나 인장 강도)을 파악할 수 있습니다.응력-변형 다이어그램에서 인장 강도는 인장 시험에서 인장 응력을 새로 높인 후에 도달한 최대 응력값입니다.
KR101407405B1 – 계장화 구형 압입 시험의 변수를 이용한 가공경화물의 항복 강도 산출 방법 및 인장 강도 산출 방법 – Google Patents
2009
Characterization of the flow behavior of deep drawing steel grades in dependency of the stress state and its impact on FEA
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