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재료역학Ⅰ

이진교

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학습과목명 재료역학Ⅰ
수강신청 2022-06-14 ~ 2022-07-11
교육기간 2022-07-12 ~ 2022-10-24(중간/기말고사 포함)
학점 3학점
수강료 250,000 원
샘플강의 샘플강의

학습과목정보

학습 과목명 재료역학Ⅰ
운영 교수명 이진교
년도 / 학기 2022년 2 - 2학기
학점 / 이수시간 3학점 / 45시간

수업목표

소성을 포함한 다양한 공업재료의 다양한 성질을 소개하며 나아가 외력을 받고 있는 물체의 변형과 응력상태를 해석하기 위한 기초 역학을 다루는 과목으로 응력과 변형 등의 기본개념을 알아본다. 하중과 변형의 관계들을 이용하여 단순인장 또는 압축, 비틀림, 굽힘 등에서의 응력과 변형을 해석하여 보고 재료가 외부의 힘을 받았을 때 나타나는 응력, 강도, 탄성, 내부조직, 분자구조 등에 관한 역학적인 문제를 연구하고 관련된 기초 이론을 학습한다. 기계나 인공 구조물 등에서 사용되는 다양한 공업 재료가 가지는 특징을 가장 합리적으로 계산할 수 있도록 하여, 사용 중에도 이상이 없도록 안정되게 하며, 경제적으로 설계할 수 있는 기본 능력을 배양한다.
재료 역학은 변형체 역학의 하나로 탄성과 소성을 수반하는 구조 재료의 내력과 변형의 문제를 보다 실용적인 측면에서 접근하여 해석하고 응용하는 학문이다. 기계, 건축, 토목, 조선, 항공우주, 산업공학, 농공학 등 모든 분야에서 각종 구조물의 내력과 변형의 해석과 강도 설계를 위한 기초 지식을 제공하고자 한다.

평가 및 수료기준

중간고사 기말고사 토론 쪽지시험 참여 과제 출석
20% 20% 10% 10% 5% 20% 15% 100%
※ 총점 60점 이상, 출석률 80% 이상 충족 시 수료

평가기간

  • -중간고사 : 2022-08-30 ~ 2022-09-02
  • -기말고사 : 2022-10-18 ~ 2022-10-21
  • -쪽지시험 : 2022-09-27 ~ 2022-09-30
  • -과제물 : 2022-09-13 ~ 2022-09-17
  • -토론 : 2022-08-09 ~ 2022-08-12
  • 성적 이의 신청기간

  • -중간고사 이의 신청기간 : 2022-09-13 ~ 2022-09-14
  • -기말고사 이의 신청기간 : 2022-10-28 ~ 2022-10-29
  • -성적 이의 신청기간 : 2022-10-28 ~ 2022-10-29
  • 강의목차

    주차 수강기간 차시별 강의내용 수업방법
    1주차 2022-07-12 ~
    2022-07-25

    1차시:수직응력과 변형률

    • 강의주제 : 수직응력과 변형률
    • 세부내용 :

      - 수직 응력 과 수직 변형률을 학습한다.
      - 단축 응력과 변형률을 학습한다.
      - 균일 분포 응력을 학습한다.
      - 재료역학은 여러 형태의 하중을 받는 고체의 거동을 취급하는 응용역학의 한 분야이다.
      - 응력은 단위 면적당 힘
      - 변형률은 단위 길이당 신장량

    2차시:재료의 기계적 성질

    • 강의주제 : 재료의 기계적 성질
    • 세부내용 :

      - 인장 시험(tensile test)
      - 압축 시험(compression test)
      - 응력-변형률 선도
      - 신장측정기(Extensometer) 설명과 정적 시험 및 동적 시험을 학습한다.
      - 인장과 압축 시험 뒤 응력과 변형률을 계산한 다음 응력 대 변형률 선도로 나타낸다.

    3차시:탄성 및 소성거동

    • 강의주제 : 탄성 및 소성거동
    • 세부내용 :

      - 탄성(elasticity)과 소성 (plasticity) 및 크리프에 대하여 학습한다.
      - 후크의 법칙과 탄성계수를 학습한다.
      - 재료의 Poisson의 비
      - 하중이 제거되고 재료가 하중을 받지 않을 때 발생하는 일에 대하여 학습한다.
      - 구조용 재료에 초기 하중 작용 시 생기는 후크 법칙에 대하여 학습한다.

    [원격]
    2주차 2022-07-19 ~
    2022-08-01

    1차시:전단 응력과 전단 변형률

    • 강의주제 : 전단 응력과 전단 변형률
    • 세부내용 :

      - 전단응력 (재료면에 접선방향으로 작용하는 응력)에 대하여 학습한다.
      - 전단병형률의 정의를 구하고, 그 성질을 학습한다.
      - 전단에서의 후크의 법칙을 학습하고, 전단탕성계수와 탄성계수들의 관계식을 학습한다.

    2차시:허용응력과 축하중의 전단 설계

    • 강의주제 : 허용응력과 축하중의 전단 설계
    • 세부내용 :

      - 안전계수 n = 실제강도 / 요구강도
      - 허용응력 = 항복강도 / 안전계수
      - 허용하중 = (허용응력)(면적)

    3차시:축하중을 받는 여러 부재의 길이변화

    • 강의주제 : 축하중을 받는 여러 부재의 길이변화
    • 세부내용 :

      - 축하중을 받는 부재의 길이 변화에 대하여 학습한다.
      ① 스프링 ② 균일 단면봉 ③ 케이블
      - 중간에 축하중을 받는 부정정 구조물
      - 적합 방정식

    [원격]
    3주차 2022-07-26 ~
    2022-08-08

    1차시:열효과, 어긋남 및 사전 변형률

    • 강의주제 : 열효과, 어긋남 및 사전 변형률
    • 세부내용 :

      - 하중의 종류 : 외부하중, 온도변화로 인한 열효과, 불완전성에 의한 어긋남, 초기변형
      - 온도변화로 인한 열효과에 대하여 학습한다.
      - 열변형률 (팽창은 양, 수축은 음), 열팽창계수 에 대하여 학습한다.
      - 어긋남과 사전변형에 대하여 학습한다. (정정구조물, 비정정구조물)

    2차시:경사단면 위의 응력

    • 강의주제 : 경사단면 위의 응력
    • 세부내용 :

      - 응력 요소에 대하여 알아본다.
      - 경사면에서의 응력에 대하여 학습한다. (균일단면 보)
      - 최대 수직 응력과 최대 전단 응력에 대하여 학습한다.

    3차시:변형 에너지, 변형 에너지 예제

    • 강의주제 : 변형 에너지, 변형 에너지 예제
    • 세부내용 :

      - 탄성 및 비탄성 변형 에너지의 개념을 학습한다.
      - 선형 탄성 거동의 성질을 학습한다.
      - 단일 하중에 의한 변위를 학습한다.
      - 변형 에너지 밀도, 탄력, 탄력계수를 알아본다.

    [원격]
    4주차 2022-08-02 ~
    2022-08-15

    1차시:충격하중, 반복하중 및 피로

    • 강의주제 : 충격하중, 반복하중 및 피로
    • 세부내용 :

      - 충격하중의 개념을 학습한다.
      - 거동의 이상화를 위한 가정에 대하여 학습한다.
      - 봉의 최대 신장량, 최대 응력을 학습한다.
      - 충격계수의 개념을 이해하고 구하는 방법을 학습한다.
      - 반복하중과 피로의 개념을 이해한다.

    2차시:응력집중, 비선형거동

    • 강의주제 : 응력집중, 비선형거동
    • 세부내용 :

      - 응력집중이 발생하는 상황에 대하여 학습한다.
      - Saint-Vennant의 원리를 학습한다.
      - Sint-Vennant의 원리를 이용하여 응력 집중에 대하여 학습한다.
      - 비선형 거동에 대하여 학습하고 비선형 응력-변형률 곡선의 개념을 이해한다. (봉의 길이 변화)

    3차시:탄소성 해석

    • 강의주제 : 탄소성 해석
    • 세부내용 :

      - 탄소성해석 (초기 거동에서 항복점 이후 응력은 고정되고, 변형률은 계속 증가)의 개념을 학습한다.
      - 정정 구조물의 특성을 학습한다.
      - 부정정 구조물의 특성 및 평형방정식, 적합방정식을 학습한다.
      - 항복하중 (항복응력이 봉 둘 중 하나에 먼저 도달할 때의 하중), 항복변위, 소성하중(하중이 계속 중가되어 구조물이 더 이상의 하중을 지지할 수 없을 때), 소성변위를 학습한다.

    [원격]
    5주차 2022-08-09 ~
    2022-08-22

    1차시:원형봉의 비틀림 변형

    • 강의주제 : 원형봉의 비틀림 변형
    • 세부내용 :

      - 비틀림 (봉의 길이방향 축에 대하여 회전을 일으키려고 하는 모멘트)에 대하여 학습한다.
      - 순수비틀림 (모든 단면이 같은 내부 토크 T의 작용)에 대하여 학습한다.
      - 바깥 표면에서의 전단변형률, 봉 내부의 전단변형률을 구하는 방법을 학습한다.

    2차시:선형탄성 재료로 된 원형봉

    • 강의주제 : 선형탄성 재료로 된 원형봉
    • 세부내용 :

      - 순수 비틀림에 대하여 학습한다.
      - 비틀림 변화율, 비틀림강성도, 비틀림유연도에 대하여 학습한다.
      - 속이 찬 원형봉의 전단응력 중심에서 : 0
      - 단면의 외부 경계 : 최대 → 대부분의 재료는 작은 응력을 받음

    3차시:불균일 비틀림

    • 강의주제 : 불균일 비틀림
    • 세부내용 :

      - 불균일 비틀림
      ① 각 구간에 일정 토크가 작용하는 균일 단면 구간으로 구성된 봉
      ② 연속적으로 변하는 단면을 가지고 일정 토크의 작용을 받는 봉
      ③ 연속적으로 변하는 단면을 가지고 변하는 토크의 작용을 받는 봉
      - 균일, 불균일 단면 구간
      - 일정토크, 변하는 토크

    [원격]
    6주차 2022-08-16 ~
    2022-08-29

    1차시:순수전단에서 응력과 변형률

    • 강의주제 : 순수전단에서 응력과 변형률
    • 세부내용 :

      - 순수 전단에서 봉이 비틀리는 동안 생기는 응력의 변화에 대하여 학습한다.
      - 경사면에서의 응력
      - 전단 뒤틀림

    2차시:E와 G 사이의 관계 및 동력 전달

    • 강의주제 : E와 G 사이의 관계 및 동력 전달
    • 세부내용 :

      - 탄성계수 E & G 사이의 관계식에 대하여 학습한다.
      - 토크
      - 회전에 의한 동력전달 : 토크의 크기와 회전속도에 관계됨
      - 동력 : 일의 시간에 대한 변화율

    3차시:비틀림과 순수전단에서의 변형에너지

    • 강의주제 : 비틀림과 순수전단에서의 변형에너지
    • 세부내용 :

      - 평형 방정식에 대하여 학습한다.
      - 적합 방정식에 대하여 학습한다.
      - 토크-변위 관계식에 대하여 학습한다.
      - 불균일 비틀림, 순수전단에서의 에너지 밀도를 알아본다.

    [원격]
    7주차 2022-08-23 ~
    2022-09-05

    1차시:두께가 얇은 관, 비틀림에서의 응력집중

    • 강의주제 : 두께가 얇은 관, 비틀림에서의 응력집중
    • 세부내용 :

      - 전단응력과 전단류의 발생에 대하여 학습한다.
      - 두께가 얇은 관의 비틀림에 대하여 학습한다.
      - 비틀림각, 응력집중, 응력집중계수에 대하여 학습한다.

    2차시:보. 하중 및 반력의 형태

    • 강의주제 : 보. 하중 및 반력의 형태
    • 세부내용 :

      - 평면 구조물
      - 단순 지지보 혹은 단순보
      - 외팔보
      - 집중하중과 분포하중
      - 반력
      - 두 점에 대한 모멘트 평형식에 대하여 학습한다.
      - 한 점에 대한 모멘트 식 + 수직방향 평형식에 대하여 학습한다.

    3차시:전단력과 굽힘모멘트

    • 강의주제 : 전단력과 굽힘모멘트
    • 세부내용 :

      - 전단력 V와 굽힘 모멘트 M
      - 변형 부호규약
      - 정역학적 부호 규약
      - 양의 전단력은 부재에 대해 시계방향으로 작용
      - 양의 굽힘 모멘트는 보의 상부를 줄어들게 하고, 음의 굽힘 모멘트는 하부를 줄어들게 한다.

    [원격]
    8주차 2022-08-30 ~
    2022-09-12

    중간고사주간 (시험은 시작 주 4일동안 진행됩니다.)

    [온라인시험]
    9주차 2022-09-06 ~
    2022-09-19

    1차시:하중. 전단력 및 굽힘 모멘트 사이의 관계

    • 강의주제 : 하중. 전단력 및 굽힘 모멘트 사이의 관계
    • 세부내용 :

      - 분포하중과 집중하중은 보에 대하여 아래로 작용할 때 양, 하중들이 위로 작용할 때 음이다.
      - 보에 하중으로서 작용하는 우력은 반시계방향일 때 양, 시계방향일 때 음이다.
      - 집중하중 P의 작용점에서, 굽힘 모멘트의 변화를 는 P와 같은 양 만큼 갑자기 감소
      - 분포 하중은 전단력을 거리에 대해 한번 미분한 값과 같다.
      - 전단력은 모멘트를 거리에 대해 한번 미분한 값과 같다.

    2차시:전단력과 굽힘모멘트 선도

    • 강의주제 : 전단력과 굽힘모멘트 선도
    • 세부내용 :

      - 집중하중과 균일하중에 대하여 학습한다.
      - 여러 개의 집중하중
      - 굽힘 모멘트는 집중 하중 작용점에서 작용한다.

    3차시:전단력과 굽힘 모멘트 선도 예제

    • 강의주제 : 전단력과 굽힘 모멘트 선도 예제
    • 세부내용 :

      - 돌출보, 단순보 및 한쪽에 롤러, 다른 쪽에 수직 미끄럼 지지를 가진 보들의 전단력과 굽힘 모멘트 선도를 직접 그려본다.

    [원격]
    10주차 2022-09-13 ~
    2022-09-26

    1차시:순수굽힘, 불균일굽힘과 보의 곡률

    • 강의주제 : 순수굽힘, 불균일굽힘과 보의 곡률
    • 세부내용 :

      - 순수 굽힘이란 일정한 굽힘 모멘트 하에서 보가 휘는 것
      - 불균일 굽힘은 전단력이 존재하는 상태에서 보가 휘는 것
      - 곡률 중심, 곡률 반경에 대하여 학습한다.
      - 변형률-곡률 관계식에 대하여 학습한다.

    2차시:보의 수직응력 - 선형탄성 재료

    • 강의주제 : 보의 수직응력 - 선형탄성 재료
    • 세부내용 :

      - 모멘트-곡률 관계식
      - 재료가 후크의 법칙을 따르고 단면에 작용하는 축력이 없다면 중립축은 단면적의 도심을 지난다.
      - 곡률이 굽힘 모멘트 M에 정비례하고 보의 굽힘 강성에는 반비례 한다.

    3차시:굽힘응력에 대한 보의 설계

    • 강의주제 : 굽힘응력에 대한 보의 설계
    • 세부내용 :

      - 표준 형상 및 표준 크기의 보
      - 구조용 강의 단면, 구조용 알루미늄 단면, 목재 보
      - 여러가지 보 형상의 상대적인 효율성
      - 단면계수에 대하여 학습한다.
      - 무게를 최소화 하거나 재료를 절감하기 위해서 일반적으로 소요 단면계수를 만족하는 가장 작은 단면적을 갖는 보를 선택

    [원격]
    11주차 2022-09-20 ~
    2022-10-03

    1차시:직사각형 단면 보의 전단응력

    • 강의주제 : 직사각형 단면 보의 전단응력
    • 세부내용 :

      - 수직 전단 응력과 수평전단 응력에 대하여 학습한다.
      - 전단 공식을 유도한다.
      - 전단 응력 분포에 대하여 학습한다.
      - 전단 변형률의 효과에 대하여 알아본다.
      - 전단력 V가 보의 축을 따라 일정하다면, 뒤틀림도 모든 단면에서 동일
      - 굽힘 모멘트로 인한 길이 방향 요소의 늘어남과 줄어듦은 전단 변형률의 영향을 받지 않으며, 수직 응력의 분포는 순수 굽힘에서 동일

    2차시:직사각형 단면 보의 전단응력 예제

    • 강의주제 : 직사각형 단면 보의 전단응력 예제
    • 세부내용 :

      - 등분포 하중을 받는 단순보에 대하여 학습한다.
      - 수직 응력과 전단 응력을 보여주는 응력 요소를 알아본다.
      - 집중 하중을 받는 목재 보
      - 전단응력의 존재확인 : 두 개의 보를 포갠 경우
      - 두 개가 접착된 보가 더욱 튼튼

    3차시:플랜지를 가진 보의 web에서의 전단응력

    • 강의주제 : 플랜지를 가진 보의 web에서의 전단응력
    • 세부내용 :

      - web에서의 전단 응력을 학습한다.
      - 최대 전단 응력 및 최소 전단 응력에 대하여 알아본다.

    [원격]
    12주차 2022-09-27 ~
    2022-10-10

    1차시:축하중을 받는 보. 굽힘에서의 응력집중

    • 강의주제 : 축하중을 받는 보. 굽힘에서의 응력집중
    • 세부내용 :

      - 축 하중을 받는 보에서의 수직 응력은 축력 N과 굽힘 모멘트 M에 의해 발생하는 응력이다.
      - stocky보와 slender보
      - 굽힘과 축 하중이 동시에 작용할 때마다 중립축은 더 이상 단면을 통과하지 않고 단면의 바깥쪽, 단면의 가장자리 혹은 단면 내에 위치 할 수도 있다.
      - 보에서의 응력 분포는 구명, 노치 혹은 단면의 급격한 변화부에 의해 변화하며 높은 국부 응력이나 응력집중에 이르게 한다.

    2차시:합성보

    • 강의주제 : 합성보
    • 세부내용 :

      - 변형률 및 응력에 대하여 알아본다.
      - 합성보에서의 모멘트-곡률 관계와 굽힘공식을 학습한다.
      - 수직 응력(굽힘공식)을 학습한다.
      - 두 재료 모두 후크의 법칙을 따르고 보의 두 부분은 단일체로 작용하기 위해 적절하게 접착되었다고 가정한다.

    3차시:합성보 예제. 환산단면방법

    • 강의주제 : 합성보 예제. 환산단면방법
    • 세부내용 :

      - 합성보의 단면을 하나의 재료만으로 구성된 가상보의 등가 단면으로 변환하는 편리한 방법 제공한다.
      - 재료 1의 탄성계수에 대한 재료 2의 탄성계수의 비는 계수비 모멘트-곡률관계와 굽힘공식을 학습한다.
      - 환산 단면의 관성모멘트에 대하여 학습한다.

    [원격]
    13주차 2022-10-04 ~
    2022-10-17

    1차시:경사하중을 받는 2축 대칭보

    • 강의주제 : 경사하중을 받는 2축 대칭보
    • 세부내용 :

      - 경사 하중이 2축 대칭 단면을 갖는 보의 단면의 도심을 통해 작용하면, 길이 방향축에 대한 보의 비틀림은 없다.
      - 굽힘 응력은 각 하중 성분이 독립적으로 작용하는 것으로 굽힘 공식으로부터 얻어졌고, 최종 응력은 각 응력을 중첩함으로써 얻는다.
      - 중립축은 하중을 포함하는 길이 방향 평면에 수직이 아니다.

    2차시:비대칭보의 굽힘

    • 강의주제 : 비대칭보의 굽힘
    • 세부내용 :

      - y와 z축이 단면의 주 도심축이고, 굽힘 모멘트가 두 주평면중 하나에 작용할 때에만 굽힘 모멘트가 작용하는 평면은 주입면에 수직이고 순수 굽힘이다.
      - 비대칭 보에서의 수직 응력을 계산하는 과정은 도심을 구한 다음 수직 응력은 두 주 도심축에 대한 굽힘 공식의 결과들은 중첩함으로써 얻을 수 있다.

    3차시:전단중심개념 및 얇은 두께 보의 전단응력

    • 강의주제 : 전단중심개념 및 얇은 두께 보의 전단응력
    • 세부내용 :

      - 보에 작용하는 가로 방향 하중은 하중이 전단 중심을 통해 작용할 때에만 비틀림 없는 굽힘 발생
      - 전단 중심은 임의의 대칭축 상에 있다.
      - 벽이 얇은 개방형 단면을 가진 보는 구조용 목적으로 사용되지만 비틀림에 매우 취약

    [원격]
    14주차 2022-10-11 ~
    2022-10-24

    1차시:WF 보의 전단응력

    • 강의주제 : WF 보의 전단응력
    • 세부내용 :

      - 단면에서의 전단 응력은 가장 바깥쪽 가장자리로부터 안쪽으로 흐르고, 다음에 웹을 통해서 아래로 흐르며, 마지막으로 하부 플렌지의 가장자리를 향해 흐른다.
      - 상부 플렌지에서의 응력 변화에 대하여 학습한다.
      - 웹에서의 응력 변화에 대하여 학습한다.
      - 하부 플렌지에서의 응력의 크기는 상부 플렌지에서의 응력과 같다.

    2차시:얇은 두께의 열린 단면 보의 중심

    • 강의주제 : 얇은 두께의 열린 단면 보의 중심
    • 세부내용 :

      - 벽이 얇은 개방형 단면 보의 전단 중심은 합력의 작용선상에 있다.
      - 도심에 대해 대칭인 임의의 z단면의 전단 중심은 단면의 도심에 있다.
      - 여러유형의 단면에 대하여 학습한다.
      ① 채널 단면 ② 앵글 단면
      ③ 두개의 좁은 직사각형의 집합체로 구성된 단면
      ④ Z형 단면

    3차시:탄소성 굽힘

    • 강의주제 : 탄소성 굽힘
    • 세부내용 :

      - 구조용 강은 분명한 항복점과 항복동안 큰 변형률이 일어나기 때문에 탄소성 재료의 훌륭한 예이다.
      - 항복 모멘트, 소성 모멘트에 대하여 학습한다.
      - 항복이 처음 시작된 후 보의 잉여 강도의 척도로서 형상계수

    [원격]
    15주차 2022-10-18 ~
    2022-10-31

    기말고사주간 (시험은 시작 주 4일동안 진행됩니다.)

    [온라인시험]
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