[고체역학] Shear force 질문 드립니다! (shear force, shear stress, mechanical engineering, 3D stress, structural analysis, shear flow)

질문 요약

교수님께서 17강 마지막 부분에서 web에 작용하는 힘에 대해 설명하시면서, Shear stress의 관계식을 유도한 뒤 2번 그래프를 그려주셨습니다. 그 후 1번 그림 화살표를 표시해주셨습니다. 궁금한 것은 2번 그림의 그래프에서 shear force인 F3을 사용해 shear stress를 유도했는데, 왜 1번 그림처럼 zy 평면에서 표현될 수 있는지입니다. 제 생각에는 shear stress의 작용 방향은 zy 평면에서 뚫고 나오는 방향이 되어야 할 것 같습니다. 어떻게 생각을 바꿔야 x축에서 구한 shear stress 관계식으로부터 zy 평면에서 존재하는 shear stress 값을 알 수 있을까요? (질문 시 사용한 이미지: https://lh3.googleusercontent.com/d/16Ebgsfrnx4XReH_1xGMjukfmKJOX5kfv)

답변 요약

충분히 궁금할 수 있는 질문입니다. 아래 그림을 보면서 3D 상태에서의 응력 형태가 어떻게 되는지 이해해보세요. 또한 아래 링크를 클릭해 shear flow에 대한 이론을 공부해보시면 도움이 될 것입니다. 참고한 책은 크랜달 책입니다. 책이 어려울 수 있으니 제가 필기한 자료로 보시는 것을 추천합니다. 그림: http://file.unistudy.co.kr/SEDATA/dylee_mqna_20201221092953.png 링크: https://godjunpyo.com/shear-flow-이해하기/

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[고체역학] Shear force 질문 드립니다!

고체역학 강의를 듣다 보면 다양한 개념과 관계식을 이해해야 하는 경우가 많습니다. 이번 글에서는 여러 학생들이 자주 궁금해하는 Shear force와 Shear stress에 관한 질문을 중심으로 설명드리겠습니다. 특히, 강의에서 사용된 그림과 그래프를 통해 이 개념들을 시각적으로 이해하려는 노력을 함께 해보겠습니다.

1. 질문: 교수님께서 17강 마지막 부분에서 web에 작용하는 힘에 대해 설명하시면서, Shear stress의 관계식을 유도한 뒤 2번 그래프를 그려주셨습니다. 그 후 1번 그림 화살표를 표시해주셨습니다. 궁금한 것은 2번 그림의 그래프에서 shear force인 F3을 사용해 shear stress를 유도했는데, 왜 1번 그림처럼 zy 평면에서 표현될 수 있는지입니다. 제 생각에는 shear stress의 작용 방향은 zy 평면에서 뚫고 나오는 방향이 되어야 할 것 같습니다. 어떻게 생각을 바꿔야 x축에서 구한 shear stress 관계식으로부터 zy 평면에서 존재하는 shear stress 값을 알 수 있을까요?

질문을 잘 읽어보니, shear stress의 작용 방향과 평면에 대한 이해가 필요할 것 같습니다. 우선, Shear stress와 Shear force의 개념을 다시 정리해보겠습니다.

Shear Stress와 Shear Force의 기본 개념

Shear force \( F \)는 구조물 내에서 특정 단면을 따라 발생하는 힘으로, 단면을 가로지르는 방향으로 작용합니다. Shear stress \( \tau \)는 이 Shear force가 단면적 \( A \)에 나누어져 작용하는 단위 면적당 힘으로 정의됩니다. Shear stress의 관계식은 다음과 같이 표현됩니다:

\[ \tau = \frac{F}{A} \]

이때 Shear force \( F \)는 단면의 중심을 가로지르는 방향으로 작용하며, 이는 구조물의 특정 부위에서 발생하는 응력의 분포를 나타냅니다.

3D 상태에서의 Shear Stress 이해

2번 그림에서는 기둥의 단면적을 고려하여 Shear force \( F3 \)를 사용해 Shear stress를 유도했습니다. 여기서 중요한 점은 Shear stress는 3차원 공간에서 다양한 평면에 대해 정의될 수 있다는 것입니다. 이는 물체 내부의 응력 상태가 각기 다른 평면에 대해 다르게 나타날 수 있기 때문입니다.

예를 들어, \( \tau_{xy} \)는 xy 평면에 대해 작용하는 Shear stress를 의미하며, 이는 x축 방향으로의 힘이 y축 방향으로 나누어지는 형태를 가집니다. 마찬가지로, \( \tau_{zy} \)는 zy 평면에 대해 작용하는 Shear stress를 의미합니다. 이러한 Shear stress는 특정 단면에 대해 작용하며, 다양한 방향으로 표현될 수 있습니다.

다음 그림을 통해 3D 상태에서의 응력 형태를 시각적으로 이해해보세요.

Shear Flow 이해하기

Shear stress를 이해하는 데 도움이 되는 개념 중 하나는 Shear flow입니다. Shear flow는 특정 단면을 따라 발생하는 Shear force의 분포를 나타내며, 이는 응력의 분포를 시각적으로 이해하는 데 유용합니다.

Shear flow에 대한 자세한 설명은 아래 링크를 참고해보세요. 이 링크에서는 Shear flow의 기본 이론과 이를 이해하는 데 필요한 개념들을 설명합니다.

Shear flow 이해하기

또한, 강의에서 언급된 크랜달 책은 Shear stress와 Shear flow에 대한 이론을 잘 설명하고 있습니다. 책이 어려울 수 있으니, 제가 필기한 자료를 참고해보시면 도움이 될 것입니다.

위 질문에 대한 답변을 정리하면 다음과 같습니다:

1. Shear stress는 단면적에 작용하는 Shear force를 단위 면적당 힘으로 나눈 값입니다. 이때, Shear force는 구조물의 특정 단면을 가로지르는 방향으로 작용합니다.

2. Shear stress는 3차원 공간에서 다양한 평면에 대해 정의될 수 있습니다. 이는 물체 내부의 응력 상태가 각기 다른 평면에 대해 다르게 나타날 수 있기 때문입니다. 따라서, x축에서 구한 Shear stress 관계식은 zy 평면에서도 존재할 수 있으며, 이는 응력의 분포를 시각적으로 나타내는 다양한 평면에서의 Shear stress를 이해하는 데 도움이 됩니다.

Shear stress와 Shear force에 대한 이해가 더 깊어지길 바랍니다. 추가적인 질문이 있다면 언제든지 질문해 주세요!

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