[기계 설계(3)] 압축력

 

 

압축력은 물체를 압축하는 방향으로 작용하는 힘입니다.

물체가 압축되면 그 물체의 길이가 줄어들고, 부피가 감소합니다.

압축력은 주로 기계적 구조물이나 재료가 하중을 받는 상황에서 발생합니다.

(하중은 언제나 우리의 발목을 붙잡을 것 입니다...)

 

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압축력의 작용 메커니즘

압축 응력: 압축력은 물체의 단면에 걸쳐 작용하여 압축 응력을 발생시킵니다.

압축 응력은 물체의 면적에 작용하는 힘으로, 응력(Stress) = 힘/면적으로 계산됩니다.

 

탄성 변형: 물체가 압축될 때, 원래의 형태로 돌아가려는 탄성 변형이 발생할 수 있습니다.

하지만 압축력이 과도할 경우 물체는 영구 변형되거나 파손될 수 있습니다.

 

기계 설계에서 압축력의 중요성

 

1. 구조적 안정성

아무리 멋지고 완벽한 프로세스를 수행하는 장비도,

그 무게를 버티지 못하면 결국 거대한 고철 덩어리가 될 뿐입니다.

(스테인레스의 고철값은 매우 짭짤할 수 있습니다.

다만, 내 고철이 아닌 회사의 고철이라면 매콤한 맛이 날 수 있습니다.)

기계 부품이나 구조물이 압축력을 받을 때,

그 부품이 압축 응력에 의해 변형되지 않고

안정적으로 하중을 지지할 수 있어야 합니다.

기둥이나 보와 같은 구조물은 압축력을 잘 견디도록 설계되어야 합니다.

2. 부품의 강도와 내구성

압축력을 받는 부품의 강도는 압축 응력을 견딜 수 있는 재료를 선택하는 것이 중요합니다.

 

3. 압축력과 기계적 특성

좌굴(Buckling): 압축력이 과도하게 작용하면 기둥이나

길쭉한 부품이 비틀리거나 휘어지는 현상이 발생할 수 있습니다.

이를 좌굴이라고 하며, 기계 설계 시 이를 방지하기 위해

충분한 두께와 강도를 고려해야 합니다.

 

재료의 한계: 압축력에 의해 재료가 변형되거나 파손될 수 있으므로,

압축력을 받을 부품의 재료는 그 재료의 압축 강도와 인장 강도를 고려하여 설계해야 합니다.

 

 

 

 

보기싫은 사전적 의미는 그만 하도록 하겠습니다.

 

한가지 경우를 이야기 해보겠습니다.

 

우리의 고객사는 저렴하면서도, 튼튼한 책상을 만들고 싶어 합니다.

우리는 기나긴 회의를 통해,

도톰한 판 을 베이스로 하여, 다리를 네개 놓아주기로 결정했습니다!

자, 이때   ●속이 메워져있는 원통 샤프트●  와 ◎속이 비워져 있는 원통 파이프 ◎ 두가지 재료가 있다면

어떤 형상으로 다리를 끼워주는게 좋을까요?

 

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정답은 사용하고자 하는 상황에 따라 달라집니다.

 

무조건 적으로 튼튼하게 만들면 당연히 안전하고 좋습니다.

다만, 무조건 튼튼하게 만든다고 경제적, 효율적 설계를 할 수 없습니다.

 

우리의 고객이 책상위에 냉장고 세대를 올려놓겠다는 망언을 하지 않는다면,

속이꽉찬 비싼 환봉 소재보다 저렴한 파이프 소재를 이용하여 다리를 만들어 줄 수 있습니다.

 

당장 내집에 있는 컴퓨터 책상, 캠핑용 테이블 등 대부분의 책상 다리는 각관, 원형 파이프 등

속이 비어있고, 보다 가볍고, 저렴한 자재가 자리를 잡고 있습니다.

 

만약 여기에 속이 꽉 찬 환봉이 들어간다면?

오히려 무거워 지기만 할 뿐, 의미 없는 오버 스펙이 될 뿐 입니다.