압축응력 편집하기

[[파일:수직응력, 수평응력.png|썸네일|300픽셀|수직응력, 수평응력]]
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'''압축응력'''(壓縮應力, Compressive Stress)은 물체의 면을 생각할 경우, 면을 양측에서 밀어붙이는 것과 같은 힘이 작용하고 있는 경우를 말한다. [[수직응력]]의 하나로, 압축응력에 직각인 단면의 단위면적당 분포하는 압축 응력의 정도를 나타낸다.

압축응력은 재료를 눌렀을 때 내부에서 생기는 저항력을 의미한다. 쉽게 생각하자면 스프링을 생각해보면 된다. 스프링을 세워놓고 단면을 서로 딱 붙인다고 힘줘봤던 기억이 있는데 가해야 할 힘은 스프링의 각 면이 서로 밀착하면 밀착할수록 더 힘이 들게 된다. 즉, 힘을 가할수록 이에 저항하여 손을 밀어내려는 저항력이 생긴다. 이처럼 재료를 눌렀을 때, 이에 대항하여 생기는 저항력을 압축응력이라고 한다.

== 개요 ==
수직응력은 어떤 재료의 중심축에 수직방향으로 작용하는 힘에 의한 응력을 말한다. 방향에 따라 압축응력과 [[인장응력]]이 있다. 재료 표면의 법선 방향으로 작용하므로 '''법선응력'''(Normal Stress)이라고도 한다.

길이가 L인 기다란 막대가 있다고 하자. 이 막대의 한 쪽 끝을 벽에 단단히 고정하고 다른 쪽 끝을 잡은 뒤 막대 방향으로 크기 F만큼의 인장력을 가하면 이 막대는 강체가 아닌 이상 길이가 늘어나는 변형이 일어난다. 이때 막대가 늘어난 길이를 x라고 하자. 이때 주어진 재료 막대의 변형율(Strain)은 ε＝x/L이다. 이때 막대의 변형은 응력(Stress)에 의해 일어난 것이다.

응력은 막대의 단면에 작용하는 단위면적당 힘이므로, 막대의 단면의 면적을 A라고 했을 때 막대에 가해지는 응력은 σ＝F/A이다. 훅의 법칙(Hooke’s Law)은 막대에 가하는 힘과 변형된 길이는 탄성 한계 내에서 비례한다는 것이므로 막대를 잡아당기는 힘 F와 막대가 늘어난 길이 x사이에는 F＝kx의 관계가 성립한다. 여기서, k는 비례상수이다. 이 식의 양변을 막대의 길이 L과 막대의 단면적 A로 나누면, F/LA＝kx/LA.

이 식을 정리하여 변형율과 응력에 대한 식으로 바꾸면 σ＝kL/A＝Eε이다. 여기서 응력과 변형율이 탄성 한계 내에서 비례관계이므로 비례상수 kL/A는 비례상수 E로 쓴다. E는 '탄성 계수'(modulus of elasticity)다. 탄성계수 E는 물질의 고유한 성질이며, 여기에 재료의 단면적을 곱하고 재료의 길이로 나누면 그 재료의 스프링 상수를 알 수 있다. 이를 '영률' 혹은 '영의 계수'(Young’s modulus)라고 한다.

이때 변형율 ε의 값이 양수(+)일 경우 인장이라고 하며, 이때 작용하는 응력 σ를 인장 응력(Tensile Stress)이라고 한다. 변형율의 값이 음수(-)일 경우에는 압축이라고 하며, 작용하는 응력을 압축응력(Compressive Stress)이라고 한다.

부호는 인장응력을 +, 압축응력을 -로 표시한다.

== 상세 ==
재료의 인장 및 압축 특성은 직교 축을 따라 축 방향 하중을 나타낸다. 시스템 경계에서 늘어나는 하중은 [[인장]] 하중으로 설명되고 시스템 경계에서 압축된 하중은 [[압축]] 하중으로 설명된다.

신체에 외부 적으로 가해지는 힘은 신체의 부피가 감소하는 방식으로 신체를 변형하며, 길이를 압축응력이라고 한다.

가늘고 긴 [[실린더]]에 대한 압축응력의 증가는 기둥의 [[좌굴]]로 인해 구조적 파손을 겪는 경향이 있다. 재료가 압축을 견디지 못하면 응력 좌굴이 발생한다.

;압축응력 공식
단위 면적에 수직력이 적용된다. 

'''''σ(응력)''' = F(힘) / A(단면적) '''''

; 압축응력의 단위
보통 국제표준 단위계인 SI unit에서는 PA(N/㎡), MPA(N/㎟), GPA(KN/㎟) 을 많이 쓰고, 미국 관용 단위계에서는 psi(lb/in²), ksi(kips/in²
)을 많이 쓴다. (참고) 이 두 단위계의 단위를 혼용해서 쓰면 안된다. 

;항복강도와 압축강도
항복강도와 압축강도는 서로 다르다. 인장과 압축의 항복은 동일하지 않다. 적용가능성에 따라 값이 변경된다.

;압축강도
이것은 압축 응력으로 인해 발생하는 압축을 견딜 수 있는 재료의 용량이다. 일부 재료는 유일한 장력을 견딜 수 있고, 일부 재료는 유일한 압축을 견딜 수 있으며, 일부 재료는 인장과 압축을 모두 견딜 수 있는 재료가 있다. 궁극적인 압축강도는 재료가 완전히 파손될 때 얻은 값이다. 압축시험은 인장시험과 동일하게 수행된다. 사용되는 하중은 압축 하중이라는 점만 다르다. 압축 강도는 암석과 콘크리트에서 더 높다.

;연강의 압축 응력 | 저탄소 강 
파손되기 전에 큰 변형을 겪는 재료는 [[연성 재료]]이다. 스틸, 알루미늄 및 그 합금. 취성 재료는 압축응력을 받으면 저장된 에너지의 갑작스러운 방출로 인해 파열이 발생한다. 반면 연성재료는 압축 응력을 받으면 재료가 압축되고 파손 없이 변형이 발생한다.

;압축 응력 및 인장 응력
:{|class=wikitable width=1000
!align=center|
!align=center|압축 스트레스
!align=center|인장 응력
|-
|align=center|결과
|align=left|재료 압착의 압축 응력 결과.
|align=left|재료 스트레칭의 인장 응력 결과
|-
|align=center|밀기 또는 당기기
|align=left|압축응력은 외력에 의해 몸의 모양과 크기를 변경하는 힘이다.
|align=left|인장응력은 모양과 크기를 변경하기 위해 외부 힘에 의해 신체에 가해지는 힘이다.
|-
|align=center|압축 또는 신장
|align=left|외부 압축력에 의해 압축응력이 생성된다.
|align=left|신장력이 늘어나려고 하기 때문에 인장응력이 발생한다.
|-
|align=center|바에 적용
|align=left|바가 압축 응력을 받으면 변형은 압축된다 (음수).
|align=left|바가 인장 응력을 받으면 변형은 인장 (양수)이다.
|}

;압축응력 변형 곡선
응력-변형 다이어그램 : 압축 응력
[[파일:압축응력 변형곡선.png|썸네일|600픽셀|가운데|]]
압축에 대한 응력-변형 다이어그램은 장력과 다르다.

압축 시험에서 응력-변형 곡선은 탄성 한계까지 직선이다. 그 지점을 넘어서, 가소성의 시작을 나타내는 곡선의 뚜렷한 굽힘; 점은 잔류 응력과 직접 관련된 복합 압축 항복 응력을 보여준다. 잔류 응력의 증가는 압축 응력을 증가시킨다.

== 참고자료 ==
* 〈[https://terms.naver.com/entry.naver?docId=1619923&cid=50313&categoryId=50313 압축응력]〉, 《용어해설》
* 〈[https://terms.naver.com/entry.naver?docId=3474493&cid=58439&categoryId=58439 Compressive Stress 압축 응력(壓縮應力)]〉, 《지형 공간정보체계 용어사전》
* 〈[https://terms.naver.com/entry.naver?docId=6061469&cid=67350&categoryId=67350 압축 응력]〉, 《대한건축학회 건축용어사전》
* 라그나로크, 〈[https://m.blog.naver.com/PostView.naver?isHttpsRedirect=true&blogId=mechanics_98&logNo=221319440443 (Stress 1장) σ: 수직응력(Normal Stress): 축 응력(Axial stress) 알아보기 (인장응력/압축응력)]〉, 《네이버 블로그》, 2018-07-15
* 〈[https://ko.lambdageeks.com/compressive-stress/ 압축 응력: 5가지 중요한 사실]〉, ''Lambda Geeks''
* Avraham Kim, 〈[https://m.blog.naver.com/PostView.naver?isHttpsRedirect=true&blogId=crazymarinex&logNo=220902907282 (Basic Engineering) 2. 응력이란? ]〉, 《네이버 블로그》, 2017-01-04
* 스터디캐드캠, 〈[https://m.blog.naver.com/PostView.naver?isHttpsRedirect=true&blogId=studycadcam&logNo=220623576215 재료 > 금속 > 응력(stress)]〉, 《네이버 블로그》, 2016-02-11

== 같이 보기 ==
* [[응력]]
* [[압축]]
* [[인장응력]]

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