재료거동학, (Mechanical Behavior of Materials): Ch. 1 Introduction

Mechanical Behavior of Materials 이란 뭘까?
단순 직역하면 재료의 기계적 거동이라는 의미를 갖는다. 기계적 거동이라는 표현보다 역학적 거동이라는 말을 선호한다. 사실 mechanics는 힘의 관계를 다루는 역학이지 기계와는 거리가 멀다.

(잡담, 기계공학과라는 표현은 미국에서 일본으로 전달되는 과정에서 역학을 기계로 오역하였고, 일본에서 한국으로 그대로 옮겨져 왔다는 설이 있다. 많은 학생들이 기계공학과에 가면 기계를 만지는 줄 안다. 재밌는 예로 미국에는 "Applied Mechanics Eng." 라는 전공이 있는데 이는 응용역학 공학이라는 다소 reasonable한 명칭으로 번역된다.)

각설하고, 재료의 역학적 거동을 연구하는 분야로, 우리가 누리는 일상 생활 속 모든 '물건'은 특정한 재료를 사용하여 생산된다. 이러한 물건들은 어떠한 기준으로 재료를 선정하는 것일까? 어떠한 재료를 사용하는 것이 성능과 가격 그리고 안전을 보장 할 수 있을까? 편리한 이동의 자유를 제공하는 항공기의 경우, 보통 그 날개를 플라스틱(고분자)이나 유리(세라믹)로 제작하지 않는다. 또한 강철(금속)로도 만들지 않는다. 이러한 재료들이 배제된 '근거'는 무엇일까? 이에 대한 해답을 제공하는 연구분야가 앞으로 다룰, 재료거동학(Mechanical Behavior of Materials)이다.

재료거동학 자료를 보고 있는 엔지니어는 당연, 고체역학(Solid mechanics)을 배웠을 것이다. 고체역학에서는 시스템에 작용하는 외력에 의한 그 시스템의 거동을 해석한다. 조금 더 상술하면, 시스템의 기하학적 형상(구조)과 시스템에 적용된 재료에 따라서 외력에 대한 거동을 예측하는 것이다. 조금 더 우리 삶에 적용하면, 알루미늄, 강철, 플라스틱, 유리 중 어떤 재료가 자동차의 어떤 부품에 적합한지 그리고 어떠한 자동차 형상이 우리가 보고자 하는 자동차 성능에 유리한지를 판단하게 해주는 근거가 된다. 이 때 우리는 구성행렬(constitutive matrix)를 접하게 되는데, Rough한 표현으로 .. 재료거동학은 이 구성행렬이 어떻게 생겼는지를 다루는 것이고 이를 이해하는 것이 구조해석 엔지니어게 주된 목적이 된다. (본인)

이를 정리하여 재료거동학을 공부하는 목적에 대해 서술하면 아래와 같다.
1. 재료의 역학적 특성을 이해하여 유리한 재료를 설계에 반영한다.
2. 금속 재료의 취성/연성 정도에 따른 S-S curve와 금속 제련 과정에 따른 취성/연성 천이 과정을 이해한다.
3. 재료의 파괴와 피로를 이해하여 구조해석에 반영한다.

서론을 끝내기 전 용어에 대한 정의라는 딱딱한 표현보다는 쉽게 쉽게 설렁 설렁, 한 번 짚고 넘어가자.

Failure(파손): 기계 구조물이 설계된 기능을 수행하지 못하는 상태로 단순하게 고전역학적 관점에서 기계의 고장으로 이해하면 된다.
Fracture(파괴, 파단): 하나의 부재가 파괴되어 두개 이상으로 나누어진 상태로 Fracture는 Failure의 하위 항목이다.
Corrosion(부식): 재료의 부식, 재료의 역학적 특성을 결정하는데 있어서 표면의 산화 상태는 매우 중요한 변수이므로 부식은 중요한 현상이다.
Wear(마모): 중요한 현상인 이유는 부식과 마찬가지이지만, 부식은 화학적 작용이라면 마모는 역학적 작용에 의해 기인한다.
Erosion(침식): '침착맨의 식단'이 아니라, 마모와 그 현상은 동일하지만, 마모를 일으키는 대상이 유체인 경우로 분류되는 현상이다.

끝.

부족한 내용은 언제든 환영 입니다. 제가 모든 것을 알지 못하기에 많은 지적 바랍니다.