비��림 실험

1. 실험 목적

이번 비��림 실험은 다양한 조건의 강봉에 비��림 모멘트를 가했을 때 비��림각을 측정하여 비��림 기둥에 영향을 주는 인자를 이해하도록 한다. 실험은 재료의 한 쪽을 고정하고 다른 한 쪽에 비��림 모멘트를 가하여 비��림에 대한 저항력을 구하는 실험으로써, 비��림 모멘트를 가하였을 때 시편의 변위는 비��림 각으로 나타나고, 비��림 모멘트, 비��림각의 관계 곡선에 의해 강성 계수, 상하부 항복점, 비��림 파단계수, 비��림 퓨ㅏ단강도 등의 기계적 성질을 구할 수 있다. 비��림 실험은 공구강과 같은 취성재료의 시험을 위해서 사용되며, 재료의 단조성을 평가하기 위해 고온에서 행하기도 한다. 비��림 시험은 인장 시험 등의 다른 시험들과는 달리 표준화돟 되어 있지 않으며, 재료규격에서도 이 시험 데이터는 거의 요구되지 않고 있다.

2. 기초 이론

그림 6.1과 같이 양단에 작용하는 짝힘(couple) T에 의하여 비��림을 받는 둥근 단면의 봉을 생각하여 보자. 이왿� 같은 하중 상태를 순수 비��림(pure torsion)이라 한다. 이 원형봉의 단면이 대칭성을 고려하면 비��림이 발생하는 동안에 봉의 단면은 원형을 유지하면서 방경은 직선이고, 길이 방향의 축에 대하여 강체(rigid body)회전을 할 것이다. 또, 만약 봉의 총 비��림 각(total angle of twist)이 작을 경우 봉의 길이 L나 반경 r은 바뀌지 않을 것이다.

비��림을 받는 동안에 보의 한쪽 단은 다른 쪽 단에 대하여 길이 방향의 축에 대하여 회전을 한다는 것을 알 수 있다. 예를 들어 만약 봉의 왼쪽 단에 대하여 그림 6.1(a)왿� 같이 각 φ만큼 회전된 경우에 대하여 생각하여 보자. 봉 표면에서 길이 방향의 선nn는 작은 각 만큼 회전하여 nn`가 될 것이다. 이 회전 때문에 dx만큼 떨어진 두 단면 사이의 표면 요소 abcd는 그림 6.1(b)에 나타낸 것과 같이 편능형(rhomboid) ab`d`c로 찌그러진 모양이 되므로 점 b왿� d는 각각 b`왿� d`로 이동하게 된다.