응력 집중 계수에 대해서

응력 집중 계수에 대해서

플라스틱 사출 성형 금형 부품이나 볼트, 핀등의 기계 부품에는, 인장 응력이나 굽힘 응력, 전단 응력, 비틀림, 충격 응력, 피로등 여러가지 외력이 작용합니다.

금형이 설계사상대로 그 성능을 발휘하여 원하는 성형품을 생산하기 위해서는 이들 기계 부품은 깨지거나 파괴하지 않고 안심하고 사용할 수 있는 상태로 처음부터 설계를 해야 합니다.

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금형 부품의 설계에서는 공업 역학과 재료 역학을 사용하여 강도 계산을 하는 것이 일반적입니다.

그러나 금형 부품의 일부에는 핀을 통과시키기 위한 구멍이 뚫려 있거나 단차 부분에 코너부가 있기도 합니다.

경험적으로 말할 수 있는 것은 이 구멍의 가장자리나 코너 부분에 큰 힘이 작용하면 거기에서 균열(균열)이 발생하고 있음을 관찰할 수 있습니다.

기계 부품에서는 구멍이나 코너부가 파괴의 기점이 되기 쉬우며, 그곳을 보강해 두지 않으면 되지 않습니다.

그럼 왜 파괴가 구멍 가장자리나 코너 부분에서 시작되는 것일까요?

바로재료역학에따라서설명을할수가있어요.

기계부재(판)에 관통구멍이 뚫려 있는 경우 이 기계부재를 양쪽에서 당겼다고 가정하면 단면에 생기는 응력은 다음 식으로 표현됩니다.

σx=σn(2+a2/y2+3a4/y4)/2a: 구멍의 반경(mm))n: 구멍으로부터 충분히 떨어진 부분의 응력. 공칭 응력(Mpa, kgf/mm2)

여기서, 구멍의 가장자리에 있어서의 최대 인장 응력을 σmax라고 하면,

α=σmax/σn=3 입니다.

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α를 형상계수(form factor) 또는 응력집중계수(stress concentration factor)라고 부릅니다.

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즉, 구멍의 가장자리에는 부재에 작용하고 있는 공칭응력의 3배의 응력이 작용하는 것이 되므로, 구멍의 가장자리부터 파괴가 시작되는 것입니다.

마찬가지로 코너부에서도 응력 집중이 발생하기 때문에 코너에서 파괴가 시작됩니다.

기계설계에 있어서는 이러한 응력 집중을 회피하는 디자인을 해야 합니다.

 

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