서론
허용 응력은 또한 허용 한계라고 불리며, 양도점에서의 응력은 MPa 단위로 표현됩니다. 허용 은 재료가 양도되는 시점의 임계 응력값을 나타내는 재료 고유의 속성입니다. 종종 기계 부품의 최대 허용 하중을 결정하는 데 사용됩니다.
모든 기계 부품은 가소성 변형이 발생하지 않도록 해야 하므로, 허용 은 공학 설계와 재료 선택에 있어 중요한 기준입니다.
양력
양은 응력이 증가하지 않더라도 변형이 증가하는 현상을 의미합니다. 금속 시편에 작용하는 외부 힘이 재료의 탄성 한계를 초과하면, 비록 응력이 더 이상 증가하지 않더라도, 시편은 여전히 명확한 가소적 변형을 겪습니다.
강도
강도는 물질이 외부 힘 아래에서 가소적 변형에 저항할 수 있는 능력을 의미합니다.
탄력성
탄성은 영구적인 변형을 일으키지 않는 능력에 대한 것입니다. 초음파 발전기의 전압이 변하면 발전기의 출력 전력도 변해 초음파 변환기의 기계적 진동이 불안정해지고, 이는 작업 성능이 저하되는 결과를 초래합니다. 따라서 안정적인 출력 전력이 필요하며, 전력 피드백 신호를 통해 증폭기를 조정하여 전력 증폭기를 안정화합니다. 변환기는 공진 주파수에서 가장 효율적이고 안정적으로 작동합니다. 변환기의 공진 주파수는 조립 또는 노화로 인해 변경될 수 있습니다. 주파수가 약간만 편차가 발생하고 크게 변하지 않는 경우, 주파수 추적 신호는 신호 생성기를 제어하여 신호 생성기의 주파수를 변환기의 공진 주파수 근처 범위 내에서 유지시켜 발전기가 최상의 상태로 작동할 수 있도록 합니다.
중심 위치에서 한 번 진동하는 데 필요한 시간을 주기라고 하며, 이를 T로 표시하고 단위는 초(s)입니다;
입자가 1초 안에 완료하는 진동 횟수를 주파수라고 하며, 이를 f로 표시하고 단위는 "사이클/초" 또는 헤르츠(Hz)라고 합니다.
주기와 주파수는 서로 역수 관계에 있으며, 다음 공식으로 표현됩니다: f = 1 / T. 매질에서 소리 파장(λ)과 주파수의 관계는 다음과 같습니다: c = λf. 여기서 c는 음속(m/s), λ는 파장, f는 주파수(Hz)입니다.
탄성 변형
외부 힘이 작용할 때 물질이 변형되지만 탄성 한도 내에서는 외부 힘이 사라지면 원래 모양으로 돌아갑니다. 이러한 외부 힘이 사라질 때 함께 사라지는 변형을 탄성 변형이라고 합니다.
가소성 변형
물질에 가해지는 하중이 탄성 변형 범위를 초과할 경우 영구적인 변형이 발생하게 된다. 즉, 하중을 제거한 후 회복되지 않는 변형을 플라스틱 변형이라고 한다.
두 변형의 원인은 서로 다르다:
플라스틱 변형: 곡정의 원자 구조에는 다양한 결함들이 존재한다. 비틀림선의 존재로 인해 힘이 가해지면 결정의 원자가 비틀림선을 따라 이동하기 쉬워져서 결정의 변형 저항이 줄어든다. 비틀림선의 이동을 통해 미끄러짐이 발생하여 곡정 일부가 미끄러져 미끄러짐 대를 형성하고, 여러 미끄러짐 대가 결합하여 눈에 보이는 변형이 된다.
탄성 변형: 물체가 외력이 작용하면 변형이 발생한다. 외력을 제거하면 물체는 원래의 형태와 크기를 완전히 회복할 수 있다.
플라스틱 변형에 영향을 미치는 요인들
1. 가공 경화: 소성 변형은 전위 증식을 유발하고, 전위 밀도가 증가하며 서로 다른 방향의 전위들이 교차하게 된다. 전위의 이동이 방해를 받아 금속이 가공 경화현상을 보인다. 가공 경화는 금속의 경도와 강도 및 변형 저항성을 증가시키지만 연성을 감소시켜 후속 냉간 가공을 어렵게 한다.
2. 내부 응력: 금속 내부에서 플라스틱 변형의 분포는 균일하지 않으므로 외부 힘이 제거된 후 각 부분의 탄성 복원이 정확히 같지 않아져 금속체의 일부분들 사이에 상호 균형을 이루는 내부 응력, 즉 잔류응력이 발생합니다. 잔류응력은 부품의 치수 안정성을 낮추고 스트레스 부식 경향을 증가시킵니다.
3. 이방성: 금속이 냉간 상태에서 가소적으로 변형되면 결정 내부에 슬립 밴드나 쌍생 밴드가 나타납니다. 각 결정은 또한 변형 방향에 따라 늘어나고 비틀립니다. 변형 방향의 강도, 가소성 및 인성은 횡방향보다 더 큽니다. 금속이 열간 상태에서 변형될 때 재결정화로 인해 결정의 방향이 변형 방향에서 다양한 정도로 벗어납니다.
4. 재결정화 및 회복: 재결정화 처리 후 냉간 변형으로 인한 결정 왜곡과 그로 인한 작업경화, 잔류응력 등은 완전히 제거됩니다.
탄성 한계
물질이 영구적인 변형(플라스틱 변형)을 일으키지 않는 최대 응력은 탄성 한계라고 한다. 이는 또한 물질이 탄성 범위에서 플라스틱 변형으로 전환되는 전환점이다. 탄성 한계는 물질의 최대 탄성 변형 범위를 반영한다.
인장 강도
인장 조건 하에서(물질이 항복한 이후), 시편이 파괴되기 직전에 견딜 수 있는 최대 응력은 인장 강도라고 하며, 이는 물질이 균일한 플라스틱 변형에서 국소 집중적 플라스틱 변형으로 전환되는 임계값이다.
인장 강도는 물질의 파괴 및 손상을 저항하는 능력을 반영한다. 인장 강도가 클수록 물질이 파괴에 저항하는 능력이 더 크다.
변형 요구사항이 낮은 부품의 경우, 제품의 변형을 제어하기 위해 항복 강도에 의존할 필요는 없다. 일반적으로 인장 강도는 설계 및 재료 선택의 기준으로 사용된다.
가소성
가소성은 물질이 파괴되기 전에 견딜 수 있는 최대 가소 변형의 능력을 의미하며, 신장률과 단면적 감소율은 일반적으로 사용되는 측정 지표입니다.
팽창률: δ=(L1-L)/L*100%
L 1: 시편이 파괴된 후의 규격 길이.
L: 시편의 원래 규격 길이.
단면적 감소: ψ=(A-A1)/A*100%
A 1: 시편의 파괴 부위에서의 최소 단면적.
A: 원래 단면적.
신장률과 단면적 감소율이 클수록 물질의 가소성이 더 좋습니다. 둘을 비교했을 때, 단면적 감소는 수축이 시편의 길이에 독립적이기 때문에 진짜 응력에 더 가까운 가소성을 나타냅니다.
좋은 가소성은 금속 재료를 가공하는 필수 조건입니다. 동시에, 물질이 일정한 가소성을 가지면 기계 부품의 신뢰성을 향상시키고 기계 부품의 갑작스러운 파손을 방지할 수도 있습니다.
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