장력 대 압축력이 금속에 미치는 영향

금속의 강도는 제품이나 구조적 아키텍처를 설계하는 데 중요한 역할을 합니다. 인장 강도, 항복 강도, 경도 및 밀도를 포함하여 금속의 강도에는 다양한 요소가 있습니다. 인장력 대 압축력은 금속이 파손되기 전에 처리할 수 있는 응력 또는 압력의 양에 영향을 미칠 수 있으므로 필요한 응용 분야에 따라 어떤 재료의 강도가 가장 잘 작동하는지 결정하는 것이 중요합니다.

장력 대 압축력:빠른 안내

아래에서는 금속의 인장력과 압축력에 대해 간략하게 설명하고 각각의 작용 방식과 다양한 금속에 미치는 영향을 분석합니다.

금속의 인장력

금속이 늘어날 때마다 인장력을 받습니다. 수학적으로 인장 응력은 힘/면적과 같습니다. 금속이 처리할 수 있는 최대 응력은 인장 강도를 나타냅니다.

인장 강도는 두 부분으로 더 나눌 수 있습니다.

• 항복 강도: 금속에 외부 인장 하중이 가해지면 탄성 및 소성 변형이 발생합니다. 항복 강도는 금속이 힘이 제거되면 원래 모양으로 돌아갈 수 있는 인장력을 나타냅니다.
• 궁극의 인장 강도: 항복점을 넘어서면, 금속은 네킹이 일어나기 전의 지점까지 계속해서 소성 변형을 보일 것입니다. 이 한계를 극한 인장 강도라고 합니다. 간단히 말해서 금속이 두 조각으로 깨지지 않고 견딜 수 있는 최대 응력을 나타냅니다.

금속의 압축력

압축력은 금속이 깨지지 않고 처리할 수 있는 최대 압축 또는 압력을 나타냅니다. 원래 치수에 비해 길이가 감소했습니다.

압축 실패 모드에는 6가지 유형이 있습니다.

<나>

1. 좌굴: 축 방향 하중 하에서 형태의 급격한 측면 변화
2. 전단: 가해진 힘의 방향에 따른 슬라이딩 실패
3. 더블 배럴링: 외부 영역이 없는 높은 각형 몸체의 압축 중 2개의 배럴 형성
4. 배럴: 실린더 외부에 볼록면 생성
5. 균일 압축: 접촉면에 마찰이 없음
6. 압축 불안정성: 금속의 가공 연화로 인한 실패

압축 강도를 결정하기 위해 널리 인정되는 시험은 모스 경도 시험입니다.

장력이 있는 다른 금속 대 압축력

압축강도와 인장강도의 최대값은 금속마다 다릅니다. 일부 금속은 인장 상태에서 뛰어난 인장 강도를 나타내는 반면 일부 금속은 최대 압축력을 잘 처리합니다. 따라서 인장력 대 압축력 하에서 두 금속을 비교하려면 먼저 금속의 적용을 인정해야 합니다. 그래야만 다른 금속과 비교하기 쉬워집니다.

아래 차트는 다양한 금속의 강도, 경도 및 밀도를 비교합니다.

<나>

강철은 알루미늄보다 인장 강도와 항복 강도가 더 높습니다. 그러나 알루미늄은 가벼우며 강철보다 부식에 대한 저항성이 더 좋습니다. 따라서 애플리케이션 요구 사항을 고려할 때 매개변수를 연구하는 것이 중요합니다.

또한 금속은 인장 강도는 높지만 압축 강도는 낮을 수 있으며 그 반대의 경우도 마찬가지입니다. 예를 들어, 주철의 압축 강도는 인장 강도보다 높지만 연강의 경우 그 반대입니다.

주철과 같은 취성 재료에는 많은 공극이 있습니다. 인장 강도에서 이러한 보이드는 노치 역할을 하여 재료를 통해 높은 균열 전파를 초래합니다. 그러나 압축력이 가해지면 이러한 보이드가 닫혀 균열 전파의 가능성이 무효화됩니다.

반면, 연성 재료에서는 하중을 받아 형성된 균열이 재료를 통해 전파되지 않고 쉽게 닫힙니다. 결과적으로 이들은 인장과 압축이 동등하게 강합니다. 그러나 전단 응력 하에서 실패하는 경향이 있습니다.

물리적 강점 이해의 중요성

압축 및 인장 강도는 엔지니어링 설계와 관련하여 금속의 매우 중요한 특성입니다. 모든 엔지니어링 설계에서 주요 목표는 소성 변형을 가능한 한 작게 유지하는 것입니다. 이와 관련하여 Young's modulus(E로 표시)는 선발 과정의 주요 매개변수로 간주될 수 있습니다.

영률은 길이 방향 인장 또는 압축 하에서 재료의 변형 정도를 계산하는 또 다른 방법입니다. 종방향 응력과 변형률 사이의 비율로 정의됩니다. 영률이 높을수록 재료가 더 단단해지고 주어진 하중에 대한 탄성 변형이 작아집니다.

예를 들어, 영률이 낮은 금속으로 집을 짓는다면 압축 하중 하에서 많이 휘게 될 것입니다. 더 단단한 금속은 더 원하는 응답을 줄 것입니다.

현대의 둥근 천장이 이에 대한 좋은 예입니다. 선수의 경기력을 최대화하려면 높이뛰기 장대가 가벼운 재료로 구성되어야 하지만 장대가 구부러질 때 탄성 변형을 저장해야 합니다. 따라서 이 기둥은 유리 섬유(E =15GPa) 또는 유리 섬유와 탄소 섬유의 혼합(E =500GPa)으로 구성됩니다.

가장 일반적으로 사용되는 일부 금속에 대한 영률은 다음과 같습니다.

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