※ 응력도의 정의
▶변형력(變形力)이라고도 한다. 단면이 균일한 막대기의 양끝을 p라는 힘으로 잡아당겼다고 하면 이 힘 p에 의해 막대기는 늘어나며, 더욱 세게 당기면 마침내 부러지고 만다. 이 힘 p에대해 막대기 속의 수많은 미소 입자간의 작용과 반작용이 저항한다. 이들 내력은 눈에 보이지 않지만 만일 막대기를 축에 수직인 단면 m-n으로 절단하였다고 하면, m-n의 아랫부분은 하단에 외력 p가 작용하고 있고, 상단에는 윗부분의 여러 입자에서 아랫부분의 여러 입자로 내력이 작용하고 있다. 이 내력은 단면 m-n에 고루 분포하여, 그 단면적 전부는 마치 하단에 작용하는 외력 p와 같은 크기로 되어 있다. 따라서 물체 내의 어떤 단면을 생각하면 이 단면에는 크기가 같고 방향이 반대인 1쌍의 내력이 작용하고 있는 셈이 된다. 이 1쌍의 내력을 응력(변형력)이라 한다.
※응력도의 종류
1. 전단응력 [ 剪斷應力 , shear stress ]
▶물체의 어떤 단면에 평행으로 서로 반대방향인 한 쌍의 힘을 작용시키면 물체가 그 면을 따라 미끄러져서 절단되는 것을 전단 또는 층밀리기라고 한다. 이때 받는 작용을 전단작용이라 하고, 이와 같은 작용이 미치는 힘을 전단력이라고 한다. 전단력에 의해서 물체 내부의 단면에 생기는 내력(內力)을 전단응력(剪斷應力)이라고 하며, 단위면적당의 힘으로 표시된다. 이 전단되는 면을 따라서 미소한 직사각형을 생각하면 전단력에 의해 이 직사각형은 평행사변형으로 변형되며, 이것을 전단변형이라고 한다. 이때 직사각형으로부터의 기울기 를 전단변형률이라 하고, 전단변형력과 전단변형과의 비(比)를 전단탄성계수(剪斷彈性係數)라고 한다. 또, 물체가 전단응력에 의해 미끄러져서 절단되어 파괴되는 것을 전단파괴라고 한다. 전단작용은 봉(棒)·판(板) 등이 수평하중을 받을 때, 또는 축이 비틀릴 때 나타난다. 판에 구멍을 뚫거나 절단하는 전단가공은 이 전단작용을 응용한 것이다.
2 . 인장응력 ( tensile stress )
▶물체 내의 임의의 면에 대해 법선 방향으로 양쪽에서 끌어당기는 변형력[應力]. 단위면적당의 힘으로 나타내며 압력과 대비된다. 가령 단면적 S인 막대의 양끝을 F라는 힘으로 잡아당기면 장력의 크기는 F/S가 된다. 그러나 축에 수직이 아닌 면에 대해서는 이런 값이 성립하지 않는다. 즉, 장력은 크기와 방향뿐만 아니라 작용하는 면까지를 지정할 필요가 있는 텐서량이다.
3 . 접선응력 [ 接線應力 , tangential stress ]
▶탄성체(彈性體) 안에 가정한 작용면의 접선방향으로 미치는 응력.
4 . 평면응력 ( plane stress )
▶사각형요소는 요소의 특성상, 변위 및 응력에 대해 근접한 결과를 산출하지만, 삼각형요소의 경우는 변위에 대해서는 비교적 정확하나 응력의 측면에서는 정확성이 떨어지기 때문에 정밀한 해석결과가 필요한 부위에서는 사용을 피하고 메쉬의 크기를 변화시키고자 하는 경우에 사각형요소간의 연결을 위해 주로 사용한다.
5 . 허용응력 [ 許容應力 , allowable stress ]
▶허용변형력이라고도 한다. 기계 등은 사용 중 여러 가지 외력을 받게 되며, 외력에 의하여 기계의 내부에는 응력이 발생한다. 이 응력이 재료 기타에 의해서 정해지는 어떤 값 이상이 되면 영구변형(永久變形)을 일으키거나 파괴된다. 그래서 기계를 설계할 경우는 외력에 의해서 생기는 응력을 외력의 종류, 재료의 성질, 기타 사용상황에 따라서 정해지는 어떤 한도 이하의 값으로 해야 한다. 즉, 허용응력을 정하여 어떤 경우라도 이 응력 이상으로는 되지 않게 하는 것이다. 실제로 허용응력을 정하기는 쉽지 않다. 사용 상황에 있어서의 외력이 걸리는 방법의 차이나 사용조건, 응력의 종류나 재료의 성질, 외력의 크기예상의 부정확성이나 재료의 불균일성 등 여러 가지 조건을 고려해서 정해야 한다.
6 . 비틀림 응력 ( torsional stress )
▶축등에 비틀림 모멘트가 작용할 때 재료내부에 생기는 전단응력.
7 . 공액응력 ( complementary stress )
▶서로 직교하는 두 평면상에 존재, 수직하는 응력.
8 . 조합응력 ( combined stress )
▶경사진 부재내의 응력.
9 . 지지응력 ( Bearing stress )
▶도면과 같이 구멍에 통한 핀을 사이에 두고 하중 P와 작용할 때 그 접촉면에 생기는 응력은 판 두께를 t, 핀의 지름올이라 하면 응력σbg = p / dt와 같다. 이것을 지지응력이라고 한다.
10 . 휨 응력 ( Bending stress )
▶재료를 두 지점에서 받치고 중앙부에서 수직으로 힘을 가하였을 때 발생하는 응력을 말한다.
11 . 공칭응력 ( nominal stress )
▶봉의 최초단면적으로 하중을 나눈 응력.
12 . 진 응력 ( true stress )
▶최초단면적보다 적게 되는 봉의 실제 단면적으로 하중을 나눈 응력.
13 . 극한응력 ( ultimate stress )
▶하중은 결국 최대치에 도달하며 이대의 응력.
14 . 수직응력 ( Normal stress )
▶압축응력 ( 壓縮應力 , compressive stress ) 이라고도 한다. 재료가 압축력을 받았을 때 그 단면에 대해서 수직방향으로 생기는 응력. 압축력을 F, 재료의 단면적을 A라고 하면, 압축응력의 크기는 F/A이다. 응력이 절단된 면에 수직으로 작용할 때에는 수직응력(normal stress)이라 부르며, 수직응력은 인장 또는 압축응력이다.
15 . 잔류응력 ( residual stress )
▶마찰력 성분이 크게 발휘되는 지반에 탄성변형량이 큰 재료의 긴말뚝을 항타시공하는 경우 말뚝과 지반사이에는 흔히 잔류응력(residual stress)이 존재하게 되며 이로 인해 통상적인 CAPWAP분석을 수행하는 경우 말뚝하부의 마찰력과 선단지지력이 실제보다 작게 산출되게 된다. 외력이 작용하지 않는 물체에 존재하는 응력을 잔류응력이라 한다. 이러한 잔류응력은 불균일한 소성변형에 기인하고, 표면부는 늘어나려고 하는 반면 내부는 영향을 받지 않으면서 전체적으로 연속을 유지하려고 한다. 이 잔류응력은 응력제거 소둔 처리에 의해서 제거될 수 있다.
◎ 잔류응력의 측정
▶MEMS 공정의 suface micromachining에 의해 wafer위에 올려진 얇은 film은 보통 열에 의한 잔류응력에 의해서 변형이 일어나며 wafer상에서 발생하는 이러한 잔류응력을 in-situ하게 측정하고 이를 이용하여 잔류응력을 효과적으로 제어하는 것은 surface micromaching에 의해 제작된 device의 성능에 큰 영향을 미친다. 이때 고려해야 할 점은 제작공정에 따라서 잔류응력은 달라지므로 공정과 잔류응력과의 상관관계의 이론적 실험적 예측이 필수적이다. 또한 surface micromaching에 의해 형성된 film의 물성치는 bulk일때와는 약간씩 다른값을 가지며 moving structure를 가지는 MEMS device의 성능은 이러한 물성치에 의해 결정되는 스프링상수와 주파수를 가지므로 역시 적절한 in-situ한 측정방법이 필요하다.