응력 계산기란
응력 계산기는 부재에 작용하는 하중과 단면적으로 응력(σ)을 계산하고, 허용응력·안전율과 비교해 안전 여부를 확인하는 도구입니다.
계산 기준
응력 σ = 하중 P ÷ 단면적 A(단위: N/mm² = MPa)
안전율 = 재료 강도 ÷ 실제 응력
변수 정의
| 변수 | 의미 | 단위 |
|---|---|---|
| σ(시그마) | 응력 | N/mm²(MPa) |
| P | 하중(힘) | N |
| A | 단면적 | mm² |
계산 가정
이 계산은 하중이 단면에 균일하게 분포한다고 가정합니다. 실제로는 하중 위치·부재 형상에 따라 응력이 국부적으로 집중될 수 있어(응력집중계수), 정밀 설계에는 별도 보정이 필요합니다.
실제 설계 사례
지름 20mm 강봉에 10,000N의 인장하중이 걸릴 때
- 단면적 A = π×(10mm)² ≈ 314㎟
- 응력 σ = 10,000N ÷ 314㎟ ≈ 31.8N/㎟(MPa)
- SS400 항복강도 약 245MPa 기준, 안전율 ≈ 245÷31.8 ≈ 7.7 — 충분히 안전한 설계
안전율은 왜 필요한가요
재료의 미세한 결함, 예상보다 큰 실제 하중, 가공 오차·부식·피로 — 계산은 완벽한 세상을 가정하지만 현실은 그렇지 않습니다. 그래서 버틸 수 있는 한계가 아니라 여유를 둔 값으로 설계합니다. 일반 구조물은 3~4, 사람이 타는 엘리베이터 로프는 10 이상을 쓰기도 합니다.
알아두면 좋은 이야기
- MPa와 N/mm²는 완전히 같은 값입니다. 도면마다 다르게 표기돼 있어도 환산할 필요가 없습니다.
- 응력에는 인장·압축·전단이 있으며, 콘크리트가 압축엔 강하고 인장엔 약해 철근을 넣는 이유입니다.
- 항복강도와 인장강도는 다릅니다. 설계는 보통 항복강도 기준으로 합니다 — 부러지기 전에 이미 못 쓰게 되니까요.
- 피로 파괴는 한 번의 큰 힘이 아니라 작은 힘의 반복으로 일어납니다. 클립을 여러 번 구부리면 끊어지는 것과 같은 원리입니다.
- 1954년 코멧 여객기 연속 추락의 원인이 사각형 창문 모서리에 응력이 집중되어 생긴 피로 균열이었습니다. 오늘날 비행기 창문이 둥근 이유입니다.
자주 묻는 질문
Q. MPa와 N/mm²를 어떻게 바꾸나요?
같은 단위입니다. 1MPa = 1N/mm²이므로 숫자를 그대로 쓰면 됩니다.
Q. 안전율은 얼마로 잡아야 하나요?
용도에 따라 다릅니다. 일반 구조물은 3~4, 인명과 직결되는 부위는 훨씬 높게 잡습니다.
Q. 항복강도와 인장강도 중 어느 쪽을 기준으로 하나요?
일반적으로 항복강도입니다. 영구 변형이 시작되는 시점을 한계로 보는 것이 안전합니다.