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유리성형액체에 대한 점성유동의 전단탄성계수와 분자파라미터 간의 상호관계

전문가 제언: ○ 전단탄성계수(shear modulus)는 일종의 탄성률로서 물체를 가로 방향으로 변형시키는 전단응력(shear stress)과 이 전단응력 때문에 발생하는 전단변형률(shear strain)의 비로 나타낸다. 직육면체의 모양을 가진 물체의 윗면과 밑면에 평행으로 각각 반대 방향으로 힘을 가하면 밑면에 수직이던 변은 일정 각도만큼 기울어지게 된다.

– 이때 가하는 힘, F가 일정한도 내에서 일어난다면 Hooke의 법칙에 의해 기울기의 각도는 F에 비례하며, 윗면 또는 밑면의 크기를 A라 하면 F/A=G x a가 되고, 여기서 a는 변형률, d/L이고 d는 늘어난 길이 L은 샘플의 길이이며 이때 G가 전단탄성계수(강성률)이다. 이 전단탄성계수 값은 물질에 따라 다른 특유한 것으로 이것이 클수록 물체의 강성이 크게 된다.

– 또한 비틀림 상수는 스틱모양의 탄성체가 외력에 대항하여 비틀림을 방지하고자 하는 저항계수가 된다. 비틀림의 크기는 스틱의 회전각도로 나타내고 스틱이 균질, 등방일 때 비틀림 각은 고정된 끝에서부터 길이에 비례한다. 스틱의 길이를 l, 상단에서의 비틀림 각을 θ, 높이가 h인 면에서 비틀림 각, Q는 Q=hθ/l이 된다.

○ 평형을 이룬 상태에서 상단 면의 중심축 둘레에 작용하는 짝힘 모멘트(couple moment)를 비틀림 모멘트, N라하고 단위길이 당 비틀림 각을 Q라면 N=DQ가 된다. 비틀림 상수, D는 D=N/Q로 물질전단탄성계수(층밀리기 탄성률),n에 비례하며 그 비례계수는 본문에서도 언급된 것과 같이 단면의 형태에 따라 결정되며 단면의 반경이 r인 스틱모양에서는 비틀림 상수 D는 D=4πrn/2가 된다.

– 이러한 전단탄성계수의 종류 및 각각의 특성을 조사하고 그 측정방법을 연구함으로써 하중에 대한 변형과 저항 등을 알 수 있어 향후 금속 및 기타 재료를 활용하는데 유용하게 이용될 것으로 기대된다.

저자: Nemilov, SV
자료유형: 학술정보