파괴안전공학 항복점( Yield Point)
📌 1. 항복점(Yield Point)이란?
📍 재료가 탄성 변형에서 소성 변형으로 전환되는 응력(Stress) 값
📍 이 지점을 초과하면 재료의 변형이 영구적으로 남음
📍 항복 강도(Yield Strength, σy\sigma_y): 항복점에서의 응력 값
🚨 설계에서 중요한 이유?
✅ 구조물이 사용 중에 항복점을 넘지 않도록 설계해야 함
✅ 자동차, 항공기, 교량 등의 부품이 갑작스럽게 변형되지 않도록 안전성을 확보
응력- 변형률 곡선에서의 항복점
💡 재료가 하중을 받을 때 응력-변형률(Stress-Strain) 그래프에서 항복점의 위치를 확인할 수 있음!
📊 응력-변형률 곡선
1️⃣ 탄성 구간 (Elastic Region)
- **후크의 법칙(Hooke’s Law, σ=E⋅ε\sigma = E \cdot \varepsilon)**을 따름
- 응력이 증가할수록 변형률도 선형적으로 증가
- 하중 제거 시 원래 상태로 복구됨
2️⃣ 항복점 (Yield Point, ( \sigma_y \ ))
- 탄성 변형이 끝나고, 소성 변형이 시작되는 지점
- 이 지점을 넘으면 재료는 영구 변형됨!
3️⃣ 소성 구간 (Plastic Region)
- 재료가 계속 변형되지만, 원래 상태로 복구되지 않음
- 특정 응력(최대 인장 강도)을 지나면 최종적으로 파괴됨
항복점의 종류
✅ 상부 항복점(Upper Yield Point)
- 변형이 처음 시작될 때 나타나는 응력
- 예: 저탄소강에서 뚜렷하게 나타남
✅ 하부 항복점(Lower Yield Point)
- 변형이 진행되면서 유지되는 응력
- 일반적으로 설계 시 하부 항복점을 기준으로 사용
항복강도와 설계의 관계
🔹 구조물과 부품의 설계 시, 항복 강도(σy\sigma_y)를 고려하여 **안전율(Safety Factor)**을 적용해야 함.
🔹 안전율 공식:
안전율 (SF)=재료의 항복 강도작동 응력\text{안전율 (SF)} = \frac{\text{재료의 항복 강도}}{\text{작동 응력}}
🔹 일반적인 설계 기준:
- 항공기 부품: SF ≈ 1.5~2.0
- 건축 구조물: SF ≈ 3.0 이상
- 산업 기계: SF ≈ 1.2~1.8
항복점을 고려한 실제 적용사례
🔹 자동차 차체 설계
- 차량 충돌 시, 차체가 일정 수준에서 변형되면서 충격을 흡수해야 함
- 항복 강도를 초과하면 차체가 심하게 찌그러지고 탑승자 보호가 어려워짐
🔹 교량 설계
- 바람, 차량 하중, 지진 등의 힘을 받을 때 구조물이 항복점 이하에서 안전하게 유지되어야 함
🔹 항공기 구조물
- 높은 하중을 받는 부품(날개, 랜딩기어 등)이 항복 강도를 초과하지 않도록 설계
결론 - 항복점을 중요하게 판단해야 하는 이유
🚀 항복점은 구조물과 부품의 안전을 결정하는 핵심 요소!
✅ 탄성 변형 vs. 소성 변형을 구분하는 기준
✅ 재료의 설계 기준을 결정하는 필수 요소
✅ 구조물의 장기적인 안전성을 평가하는 지표
💡 설계할 때, 항복점을 고려하지 않으면 어떻게 될까?
💡 만약 설계된 부품이 항복 강도를 초과하면 어떤 일이 발생할까?