기계 강성과 인성의 차이는 무엇인가요?

Question

강성과 인성의 정의와 각각이 기계 설계에 미치는 영향을 설명해 주세요. 인성과 강성을 기계 설계를 하는 경우 고려해야하는 항목은 어떤게 있을까요

Answer 1

안녕하세요. 김민규 전문가입니다.

일단 목적에 맞는 성질을 가진 재질을 선택하는 것이 가장 우선 입니다. 강성은 말그대로 강도를 의미하며 인성의 경우 인장력을 의미하게 됩니다.

Answer 2

안녕하세요. 김상규 전문가입니다.

기계설계에 있어

강성과 인성을 말씀하셨는데요

일단 강성과 강도는 비슷하며서도 다른 부분이라 구분하고 가겠습니다.

강도는 물체에 하중이 걸렸을 때 파괴되지않고 버티는 힘 정도로 단위는 압력단위고

변형률과 상관됩니다

강성은 물체 하중이 걸릴 때 변형에 저항하는 정도로 단위변형길이당 하중으로

탄성계수가 대표적 강성 값입니다.

인성은 재료의 질긴정도를 나타내며, 파단시까지 단위부피당 에너지흡수량으로 정의됩니다.

즉 재료 파괴까지 받은 총 에너지 이므로, 인성이 크면 파괴되기 어렵습니다.

강도와 인성은 기계설계에서 기계재료의 중요한 물리적 특성이므로

이에대해 살펴본다면

1, 강도

강도는 재료가 어느정도 하중을 견디거나 어느정도 응력을 버티는 지 나타내는 물성으로

다양한 형태로 표현되며 다음과 같은 주요강도 특성이 있음

• 인장강도

  재료가 얼마나 큰 인장력을 견디는 지 측정하는데 사용

  늘어나가너 파괴되기 까지 인장응력 견디는 최대하중입니다.

• 압축강도

  재료가 견딜 수 있는 압축력, 압축시험 통해 측정

• 굽힘 강도

  재료가 굽혔을 때 견디는 하중, 빔이나 판재 등 구조요소의 설계에 중요한 역할

• 전단강도

  전단응력에 얼마나 견디는지 측정하는데 사용, 보통 접착제/본드재 같은 재료에서 중요

재료의 강도는 분자구조, 결함, 결정구조, 열처리 과정 등에 큰 영향을 받음

일반적으로, 강도가 높을 수록 재료는 더 강력하고 더 큰 하중을 견디며 내구성이 있음

2, 인성

• 인성은 재료가 얼마나 늘어날 수 있는지, 얼마나 변형이 가능한지 나타내는 특성

• 높은 인성은 늘어나거나 변형될 때 큰 변형을 견디며 취성이 낮음

3, 취성

• 취성은 재료가 얼마나 쉽게 파괴되는 지 특성

• 취성이 높으면 비교적 낮은 응력에서 파괴되며, 인성이 낮음

• 예를 들자면

  강철은 강도와 인성이 높아 자동차부품/건축 구조물에 사용

  유리는 강도는 높으나 취성이 낮아 쉽게 깨지는 재료료 분류

4, 강도와 인성의 조합

기계재료에서

강도와 인성은 자주 상충관계에 처하는 경우가 많습니다

강도를 높이다보니 인성이 낮아지고, 인성을 높이자니 강도가 낮아지는 경우죠

따라서 기계설계 시 늘 강도와 인성의 균형을 고려해야 합ㄴ디ㅏ.

또한 재료의 강도와 인성은

재료의 제조 및 가공과정에 따라 변동가능하므로, 실지 환경에서 그 특성을 테스트/평가 해야합니다.

더해서

기계적 속성을 개선하기 위해 열처리 및 여타 가공기술을 사용하는 것도 고려해야합니다.

Answer 3

안녕하세요. 안다람 전문가입니다.

강성은 구조물의 변형을 최소화 하고 안정성을 확보하는 데 중요합니다.

인성은 충격이나 하중 변화에 대한 저항성을 높이고 파손을 방지하는데 중요합니다.

설계시 고려해야 하는사항

• 강성과 인성을 고려하여 적절한 재료를 선택해야합니다.

• 기계가 작동할 하중 조건을 평가해야합니다.

• 허용 가능한 변형 범위를 선정하여 설계해야합니다.

Answer 4

안녕하세요. 황태현 전문가입니다.

강성은 재료가 외부 힘에 얼마나 잘 견디고 변형되지 않는지를 나타내는 척도입니다. 강성이 높은 재료는 힘을 가해도 모양이 쉽게 변하지 않고 튼튼하게 버팁니다. 마치 딱딱한 나무 막대처럼 휘어지지 않고 꼿꼿하게 서 있는 모습을 상상하면 됩니다.

반면, 인성은 재료가 파괴되기 전까지 얼마나 많은 에너지를 흡수할 수 있는지를 나타냅니다. 인성이 높은 재료는 갑작스러운 충격이나 힘에도 쉽게 부서지지 않고 견뎌냅니다. 마치 질긴 가죽처럼 찢어지거나 깨지지 않고 외부 충격을 흡수하는 모습을 떠올리면 이해하기 쉽습니다.

기계 설계 시 고려 사항

* 강성이 중요한 경우: 정밀한 움직임이 필요한 기계 부품, 흔들림 없이 안정적으로 서 있어야 하는 건축물, 또는 미세한 변형도 허용되지 않는 정밀 기계 등에는 강성이 높은 재료를 선택해야 합니다.

* 인성이 중요한 경우: 갑작스러운 충격이나 진동을 견뎌야 하는 자동차 부품, 안전을 위해 충격을 흡수해야 하는 헬멧, 또는 쉽게 부서지면 안 되는 스포츠 용품 등에는 인성이 높은 재료를 선택해야 합니다.

물론, 강성과 인성은 서로 상충되는 경우가 많습니다. 강성이 높은 재료는 일반적으로 인성이 낮고, 인성이 높은 재료는 강성이 낮은 경향이 있습니다. 따라서, 기계 설계 시에는 사용 목적과 환경을 고려하여 강성과 인성 사이에서 최적의 균형을 찾는 것이 중요합니다.

또한, 재료 선택뿐만 아니라 구조물의 형상이나 두께 등도 강성과 인성에 영향을 미치므로, 다양한 설계 요소를 종합적으로 고려해야 합니다.

도움되시길 바랍니다.감사합니다.