전단 계수란 무엇인가요?
전단 계수는 평행한 평면이 서로 미끄러지는 전단력 하에서 형상 변화에 대한 재료의 저항을 정의합니다. 정육면체에 윗면과 평행한 힘과 아랫면과 평행한 반대 방향의 힘을 가하면 측면이 사다리꼴로 변형됩니다.
전단 계수는 영 계수, 벌크 계수와 함께 주요 탄성 계수 중 하나입니다. G로 표시되며 탄성 영역 내에서 전단 응력 대 전단 변형률의 비율로 계산됩니다. 이 속성은 샤프트, 접착제, 엘라스토머와 같이 비틀림, 굽힘 또는 횡하중이 발생하는 애플리케이션에서 매우 중요합니다.
전단 계수 공식
여기서:
- G는 전단 계수(Pa 또는 N/m²)입니다
- τ는 적용된 전단 응력(단위 면적당 힘, N/m²)입니다
- γ는 전단 변형률(각도 변형, 라디안 단위)입니다
이 공식은 적용된 전단력(응력)에 반응하여 소재가 변형(변형률)되는 정도를 나타내며, 소재가 탄성적으로 작동하는 한, 즉 힘을 제거하면 원래의 모양으로 돌아가는 한 유효하게 유지됩니다.
전단 계수 방정식
전단 계수(G)와 영 계수(E)는 모두 재료의 강성을 측정하는 척도이지만 하중 유형에 따라 다릅니다. 영 계수는 축 방향 하중 하에서 재료가 어떻게 늘어나거나 압축되는지를 설명하는 반면, 전단 계수는 전단 또는 비틀림 힘을 받을 때 변형되는 방식을 설명합니다.
등방성, 선형 탄성 소재의 경우 다음 공식으로 수학적으로 연관됩니다:
여기서
- G = 전단 계수
- E = 영 계수
- ν = 푸아송 비율(횡방향 변형률과 축방향 변형률의 비율)
이 관계는 이러한 특성 중 두 가지를 알고 있으면 세 번째 특성을 계산할 수 있다는 것을 의미합니다. 또한 푸아송 비는 재료 내 변형률 분포와 전단 대 장력에서의 전반적인 강성에 어떤 영향을 미치는지 강조합니다.
전단 계수가 높을수록 강성이 크며, 금속과 세라믹은 가벼움과 함께 복합재와 마찬가지로 전단 성능이 우수하지만 고무와 같은 유연한 재료는 훨씬 낮은 값을 갖습니다. 강성 계수는 일반적으로 관리하기 쉬운 숫자를 위해 GPa로 표시합니다.
일반적인 재료 유형에 대한 일반적인 G 값 비교
| 재료 | G(Gpa) | 유형 |
|---|---|---|
| 다이아몬드 | 478 | 세라믹 |
| 알루미나 | 150 | 세라믹 |
| 텅스텐 | 161 | 금속 |
| 알루미늄 니트레이드 | 130 | 세라믹 |
| 탄소강 | 77 | 금속 |
| 철, 연성 | 64.5 | 금속 |
| 구리 | 45 | 금속 |
| 알루미늄 | 28 | 금속 |
| 유리-세라믹 | 26.2 | 세라믹 |
| 콘크리트 | 21 | 합성 |
| 케블라 | 19 | 복합재 |
| 목재, 더글러스 전나무 | 13 | 합성 |
| 폴리에틸렌 | 0.12 | 폴리머 |
| 고무 | 0.0003 | 폴리머 |
전단 계수에 대한 FAQ
전단 계수는 어떻게 테스트하나요?
전단 계수는 비틀림 테스트 또는 고체 또는 접착 시료에 적용된 전단 테스트 장치를 통해 측정됩니다. 비틀림 테스트에서는 시편의 한쪽 끝(일반적으로 원형 또는 관형)에 토크를 가하고 다른 쪽 끝은 고정된 상태로 유지합니다. 그 결과 발생하는 각도 변형은 전단 변형을 계산하는 데 사용됩니다.
인장 또는 압축 상태에서의 전단 시험은 일반적으로 접착제, 폼 및 적층 복합재를 평가하는 데 사용됩니다. 인장 또는 압축 힘을 평행 평면에 가하여 재료 시편에 각도 변형을 유도하거나 접합된 표면 사이의 미끄러짐을 유도합니다. V-노치 빔 및 랩 전단 시험과 같은 방법은 평면 또는 접합된 재료의 전단 강도 및 강성을 정확하게 평가할 수 있도록 제어된 하중 조건을 제공합니다.
전단 계수는 어떤 응용 분야에서 중요한 특성인가요?
전단 계수 측정은 재료의 성능이나 접합부의 움직임을 제어해야 하는 다양한 산업에서 매우 중요합니다:
- 기계 및 토목 공학 - 샤프트와 보의 비틀림 강성, 구조 조인트의 볼트 및 패스너 강도 평가.
- 접착제 및 실란트 테스트 - 전단 파괴가 주요 고장 모드인 경우.
- 엘라스토머 개발 - 개스킷, 씰, 댐핑 부품의 강성을 정량화합니다.
- 복합 재료 - 항공우주 및 자동차 분야에서 층간 전단 거동 예측 - 엔지니어링 재료의 경량화는 필수적이며 목재/목재와 같은 천연 복합 재료도 마찬가지입니다.
- 지반 공학 - 토목 구조물을 지탱하는 토양 및 암반 기초의 안정성을 분석합니다.
전단 계수 계산을 위한 일반적인 테스트 표준은 무엇인가요?
여러 국제 시험 표준은 재료 유형, 산업 응용 분야 및 형상에 따라 전단 계수를 측정하는 절차를 정의합니다:
- ASTM D5379, ASTM D7078 - 복합재용 V-노치 빔 방법
- ASTM D1002, ASTM D3163 - 접합 금속 및 경질 플라스틱에 대한 단일 랩 전단 시험
- ASTM D5656 - 접착제를 위한 두꺼운 접착제 랩 전단 시험
- ASTM D3528, ASTM D3164 - 이중 및 샌드위치 랩 전단 시편을 사용한 접착제 및 접착제에 대한 표준
- ASTM C273 - 샌드위치 코어 재료의 전단 계수
- ASTM F606 및 ISO 898 - 볼트 및 패스너의 전단 시험
- ASTM E143 - 구조용 금속의 비틀림에 의한 전단 계수
- ISO 15310 - 플라스틱의 비틀림 시험 방법
- ASTM D143, DIN 52367 / ISO 6238 / EN 392 / BS 373 및 ISO 898 - 목재 및 접착 결합 목재 조인트의 전단 강도.
Mecmesin 테스트 시스템은 전단 계수를 측정 할 수 있습니까?
Mecmesin 테스트 시스템은 재료 테스트 샘플 또는 사전 준비된 시편 (예 : 랩 또는 샌드위치 조인트에 접착되거나 패스너를 통해 연결됨)을 잡기 위해 다양한 교체 가능한 고정 장치를 수용 할 수 있습니다. 재료 변형 변형 측정에는 비접촉식 또는 광학 연신율을 사용할 수 있습니다. VectorPro 테스트 소프트웨어는 제공된 지오메트리 치수와 기록된 테스트 데이터에 수학적 방정식을 적용하여 모듈러스 값을 계산할 수 있습니다.
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