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전단 계수, 전단 계수 또는 강성 계수라고도 하는 횡탄성 계수는 전단 응력이 적용될 때 탄성 재료가 겪는 모양의 변화를 특성화하는 탄성 상수이며 전단 응력과 전단 사이의 비율로 정의됩니다. 흉한 모습. G 또는 덜 일반적으로 S 또는 μ 로 명명됩니다 . 횡탄성계수로서 국제 단위계로 표현되는 단위는 파스칼(Pa)이지만, 그 값은 일반적으로 기가파스칼(GPa)로 표시됩니다.
- 큰 전단 계수 값은 바디가 매우 강하다는 것을 나타냅니다. 즉, 변형을 일으키기 위해서는 큰 힘이 필요합니다.
- 작은 전단 계수 값은 솔리드가 부드럽거나 유연함을 나타냅니다. 그것을 변형시키는 데 약간의 힘이 필요합니다.
- 유체의 정의는 전단 계수가 0인 물질입니다. 모든 힘은 표면을 변형시킵니다.
전단 계수 방정식
전단 계수는 고체의 한쪽 표면에 평행한 힘을 가하는 반면 반대쪽 표면에는 반대쪽 힘이 작용하여 고체를 제자리에 유지함으로써 고체의 변형을 측정하여 결정됩니다. 전단력을 반대 힘으로 마찰을 사용하여 블록의 측면을 미는 것으로 생각하십시오. 또 다른 예는 무딘 가위로 철사나 머리카락을 자르려고 하는 것입니다.
전단 계수에 대한 방정식은 다음과 같습니다.
G = τxy / γxy = F / A / Δx / l = Fl / AΔx
어디:
- G 는 전단 계수 또는 강성 계수입니다.
- τ xy 는 전단 응력
- γ xy 는 전단 변형률입니다.
- A 는 힘이 작용하는 영역입니다.
- Δx 는 가로 변위입니다.
- l 은 초기 길이
전단 변형률은 Δx / l = tan θ 또는 때때로 = θ 입니다 . 여기서 θ는 적용된 힘에 의해 생성된 변형률에 의해 형성된 각도입니다.
등방성 및 이방성 재료
기본적으로 두 가지 유형의 재료 응답이 있으며 일부는 전단에 대해 등방성입니다. 즉, 방향에 관계없이 힘에 대한 변형이 동일합니다. 다른 재료는 이방성이며 방향에 따라 응력이나 변형에 다르게 반응합니다. 이방성 재료는 한 축을 따라 다른 축보다 전단에 훨씬 더 민감합니다. 예를 들어, 나무 블록의 거동과 나뭇결에 수직으로 가해지는 힘에 대한 반응과 비교하여 나뭇결에 평행하게 가해지는 힘에 어떻게 반응할지 생각해 보십시오. 다이아몬드가 적용된 힘에 반응하는 방식을 고려하십시오. 결정이 절단되는 용이성은 결정 격자에 대한 힘의 방향에 따라 달라집니다.
온도와 압력의 영향
예상대로 적용된 힘에 대한 재료의 반응은 온도와 압력에 따라 변합니다. 금속에서 전단 계수는 일반적으로 온도가 증가함에 따라 감소합니다. 강성은 압력이 증가함에 따라 감소합니다. 전단 계수에 대한 온도 및 압력의 영향을 예측하는 데 사용되는 세 가지 모델은 소성 유동 응력 또는 기계적 임계 응력(MTS) 모델, Nadal 및 LePoac(NP) 및 Steinberg-Cochran-Guinan(SCG) 전단 계수 모델입니다. 금속의 경우 전단 계수의 변화가 선형인 온도 및 압력 영역이 있는 경향이 있습니다. 이 범위를 벗어나면 모델링 동작이 더 복잡해집니다.
절단 모듈 값 표
이것은 실온에서 샘플 전단 계수 값의 표입니다. 부드럽고 유연한 재료는 전단 계수 값이 낮은 경향이 있습니다. 알칼리 토금속과 비금속은 중간값을 가집니다. 전이 금속 및 합금은 가치가 높습니다. 예를 들어, 다이아몬드는 단단하고 단단한 물질이므로 절삭 계수가 매우 높습니다.
| 재료 | 전단 계수(GPa) |
| 고무 | 0.0006 |
| 폴리에틸렌 | 0.117 |
| 합판 | 0.62 |
| 나일론 | 4.1 |
| 납(납) | 13.1 |
| 마그네슘(Mg) | 16.5 |
| 카드뮴(Cd) | 19 |
| 케블라 | 19 |
| 콘크리트 | 이십 일 |
| 알루미늄(Al) | 25.5 |
| 유리 | 26.2 |
| 놋쇠 | 40 |
| 티타늄(티타늄) | 41.1 |
| 구리(Cu) | 44.7 |
| 철(Fe) | 52.5 |
| 강철 | 79.3 |
| 다이아몬드(C) | 478.0 |
Young’s modulus 값은 유사한 추세를 따릅니다. 영률은 변형에 대한 고체의 강성 또는 선형 저항의 척도입니다. 전단 계수, 영 계수 및 체적 계수는 탄성 계수이며 모두 Hooke의 법칙을 기반으로 하며 방정식으로 서로 연결됩니다.
출처
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