좌굴실험 예비레포트

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좌굴 실험 기계과 예비 레포트

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과제1. 좌굴의 정의에 관하여 간단히 서술하고 좌굴의 종류 를 조사하세요.

가느다란 기둥을 축 방향으로 누르거나 얇은 판을 판과 평행한 방향으로 압축하면, 하중이 어느 크기에 도달하는 순간 갑자기 판이 횡 방향으로 과도하게 휘어지는 축방향 변위(lateral displacement)가 발생한다. 물체의 이러한 거동을 좌굴(Buckling), 혹은 붕괴(Colapse)라고 정의하며, 좌굴은 구조물의 안전성에 치명적인 문제점을 야기시킬 수 있다. 그래서 얇고 가느다란 부재로 구성되어 있는 구조물의 압축에 대한 강도는 구성 재료 그 자체의 압축강도보다는 좌굴에 대한 저항력에 의해 좌우되는 경우가 비일비재하다. 왜냐하면 구조물을 구성하는 부재의 압축강도가 충분할지라도 구조물이 좌굴에 의해 횡 방향으로 변형을 일으키면, 구조물 전체의 구조적 안전성은 상실될 수 있기 때문이다. 따라서 압축을 받는 구조물의 경우 좌굴이 발생하지 않도록 설계하는 것이 무엇보다 중요하다.
좌굴이 발생하기 전까지 물체는 정적인 평형상태를 유지하지만, 일단 좌굴이 발생하면 평형상태가 깨어지고 횡 방향으로 큰 변형(deformation)이 발생하여 외부 하중을 더 이상 지탱할 수 없게 된다. 이러한 좌굴은 가느다란 기둥이나 얇은 판의 휨 좌굴(flexural buckling)에만 국한되는 것은 아니다. 이 외에도 물체의 국부 영역에 지역적으로 발생하는 국부 좌굴(local buckling), 전단력에 의하여 야기되는 전단 좌굴(shear buckling) 그리고 비틀림에 의해 발생하는 비틀림 좌굴(torsion buckling) 등이 있다. 또한 좌굴에 의한 물체의 변형이 구조물이 이루는 평면 내에 있느냐, 아니면 바깥에 있느냐에 따라 면내 좌굴(in-plane buckling), 그리고 면외 좌굴(out of plane buckling)로 구분하기도 한다.
좌굴은 거의 대부분 물체의 형상이나 하중 조건의 불완전성(imperfection)에 기인한다. 예를 들어 기둥의 단면 중심에 정확히 축 방향으로 집중 압축력을 가한다고 가정하면, 이론적으로는 측면 방향으로 휨을 발생시킬 하중이나 모멘트 성분이 전혀 없기 때문에 좌굴이 발생하면 안 된다. 하지만 실제 기둥은 정확히 원형 단면이 아닐뿐더러, 압축력이 작용하는 지점도 정확히 축의 중심에 위치하지 않는다. 따라서 기하학적인 불완전성과 축 중심에서 어느 정도 편심된 위치에 압축력이 작용함에 따른 불완전함에 따라 횡 방향으로의 변위가 발생하게 된다.

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