재료의 기계적 성질 (3) - 굽힘 강도(세라믹)

 

 

지금까지 응력과 변형률에 대한 재료들의 성질에 대해 알아 보았습니다.

세라믹 재료의 경우 인장 시험법으로 응력-변형률 거동을 측정하지 않습니다. 

그 이유는 시험을 하기 위한 형상으로 세라믹을 준비하기 어렵고

세라믹의 경우 취성적인 특성이 있기 때문에 파괴 없이 시험기에 장착하기 어렵고 

변형률이 조금만 올라가도 소성영역이 지속되지 않고 곧바로 파괴가 되기 때문입니다.

그래서 세라믹의 경우 횡방향으로의 굽힘 시험을 시행합니다.

시험을 할때에 원형 또는 사각형 단면의 재료를 준비하여 3점 또는 4점 하중법으로 파괴까지 

시험을 수행합니다.

굽힘 시험

그림은 3점 하중법의 굽힘 시험인데요, 그림과 같이 단면은 길이 b,d의 직사각형 혹은 반지름R의 원형이고

시편의 전체 길이의 절반인 \(\frac{L}{2}\) 지점에 하중을 가합니다. 

그러면 시편은 구부러지게 되는데,

굽힘 시험

이때 구부러지는 동안 위 그림과 같이 시편의 윗부분은 압축력, 아랫부분은 인장력을 받게 됩니다.

이때 사각형 단면의 굽힘강도는 \(\sigma_{fs}\)=\(\frac{3F_fL}{2bd^2}\) 이고

탄성 계수는 E=\(\frac{F}{\delta}\)\(\frac{L^3}{4bd^3}\)입니다.

여기서 \(F_f\)는 파괴 될때의 힘을 의미합니다.

원형 단면의 굽힘강도는 \(\sigma_{fs}\)=\(\frac{F_fL}{πR^3}\) 이고

탄성 계수는 E=\(\frac{F}{\delta}\)\(\frac{L^3}{12πR^4}\)이 됩니다.

물론 세라믹도 전위는 있으나 세라믹은 금속과 달리 이온결합과 공유결합이 있으므로 침투 치환등이 힘들어

전위의 이동이 힘들어지게 됩니다.