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극관성모멘트 개요극관성모멘트(polar moment of inertia)는 비틀림에 저항하는 정도를 나타내는 값이다. 토크가 작용하는 물체의 비틀림을 계산하기 위해 필요하다. 극관성 모멘트가 크면 같은 토크에 대해 비틀림 각이 적다. 단위는 단면 2차 모멘트와 동일하게 [m^4]를 사용한다.극관성모멘트에서 사용되는 '중심축'과 관성모멘트를 이야기할 때 사용되는 '중립축'을 구별할 필요가 있다. 정의 비틀림 공식τ  = Tρ/ Ip τ : 전단응력T : 토크ρ : 중심축과의 거리Ip : 극관성 모멘트 > 위 공식에서 원형 봉의 비틀림에 의한 최대 전단 응력은 단면 가장 바깥쪽에서 발생하는 것을 알 수 있다. (ρ = r로 계산)
단면계수 개요단면계수(Section Modulus)는 도심축에 대해 단면 이차 모멘트(I)를 단면의 가장 끝단에서 도심까지의 거리로 나눈 값이다. 단면계수는 보의 굽힘강도를 측정하는데 사용된다. Z_x = I_x/yZ_y = I_y/x 단면 계수가 클수록 굽힘에 대한 저항이 커지기 때문에 비대칭인 단면의 경우에는 보수적으로 여러 단면계수에 대해 작은 값을 사용한다. σ = M/Z 응력은 모멘트를 단면계수로 나눈 값으로 일정한 모멘트에 대해 단면계수가 크면 작용하는 응력이 작다고 생각할 수 있다.   자주 사용되는 단면계수
단면 2차 모멘트 개요단면 2차 모멘트는 단면의 관성모멘트(area moment of inertia)나 관성모멘트(moment of inertia)라고 하며 처짐과 휨에 대한 저항을 나타내는 단면의 성질 중 하나이다. (회전운동의 관성모멘트와 다르니 차이를 알아야 하고, 문맥으로 구분으로 해야 함.) 비틀림 저항을 나타내는 극관성 모멘트와 유사하다. 탄성계수를 E, 관성모멘트를 I라 하면 EI는 휨강성이라 하며, 휨강성이 크면 구조적으로 안정적이다. 단위는 [m^4]를 사용한다.  정의 평행축 정리중립축과 평행한 임이의 축 x에 대해 관성모멘트는 다음과 같다. 평행축 정리는 감각적으로 알고 있으면 도움이 된다. 일례로 선박과 같이 길이 방향으로 긴 구조물을 설계할 때 단면 계산에서 필요한 단면 계수(Section Modu..
단면 1차 모멘트 단면 1차 모멘트는 축으로부터 도심점까지 거리에 면적을 곱한 것을 의미한다. 단위는 [m3]이고 일반적으로 평면 도형의 도심을 구하기 위해 사용된다. 임의의 형상에서 미소 면적 dA를 상정하고 각 축으로부터의 거리를 곱한 것을 면적에 대해 적분하면 단면 1차 모멘트가 된다. 도심(centroid)은 좌표축에 대해 단면 1차 모멘트가 0이 되는 점을 말하고, 축에서 도심까지의 거리 x, y는 각 단면 1차 모멘트를 도형의 면적으로 나누면 된다. 도심을 조금 더 직관적으로 바라보면, 무게중심 즉, 도형의 도심을 뾰족한 침 위에 올려놓았을 때 어느 쪽으로 기울어지지 않는 상황을 생각해 볼 수 있다. 단면 1차 모멘트는 주로 도심 계산, 대칭성 분석 등에 이용된다.
관성모멘트 관성모멘트(Moment of inertia)는 회전운동에 대한 변화 저항을 나타내는 성질을 의미한다. 즉 회전하는 물체가 계속 회전하고, 회전하지 않는 물체가 계속 회전하지 않도록 유지하는 성질을 말한다. 회전운동 지속성의 측면에서 회전 운동 시 저장된 운동에너지의 크기 즉 원래 상태를 유지하는 성질이고, 회전 변화에 대한 저항성 측면에서는 물체에 작용하는 토크에 대한 각가속도로 저항하는 크기이다. 기호는 I, J 등을 사용하며 단위는 [kg·m2]을 뉴턴 2법칙 가속도의 법칙 식 F=ma에서 질량 m이 힘에 저항하는 성질이라는 점에서 회전에 대해 비슷한 역할을 한다. 관성모멘트는 회전축으로부터 r만큼 떨어진 점질량 m이 있을 때, 아래 식과 같이 나타낼 수 있다. ​같은 축에 n개의 입자가 있으면, 관..
자동차 부위별 강판소재 차량의 경량화와 안정성 개선을 위하여 강재의 인장강도는 충분히 확보되어야 한다. 도장성과 내식성이 요구되는 판넬용 강판은 연신율과 드로잉성이 우수한  IF mild와 HT 강판이 주로 사용되고, 외판은 Dent에 저항하는 내덴트성을 개선하기 위해 도장 후 강도가 상승하는 소부경화강(BH강, 340 MPa)이 주로 사용된다. 강도와 성형성이 요구되는 멤버와 필라(pillar)같은 구조물은 440 MPa급 강판에서 780 MPa급 고강도 변태조직강으로 강도가 증가해 왔다. 내충격성이 요구되는 범퍼나 도어의 충격방지용 impact beam과 같은 충격보강재는 1470 MPa급 초고강도 복합조직 강판이 적용되고 있다. 내피로성과 강도가 요구되는 서스펜션과 휠 등의 샤시부품에는 780 MPa급 열연 고강도강이 활..
자동차 차체설계 - 5 7) 방청(Anti-Corrosion) 대기와의 접촉, 수중 주행 등의 원인으로 시간이 지날수록 차체에는 부식이 발생한다. 부식은 강도와 외관 품질을 저하시키고 내용년수를 단축시킨다. 방청은 외부 환경과 접촉하는 구조물에서 부식을 방지하여 차량의 수명을 연장시키는 것을 의미한다. 차량의 부식은 1950년 후반 북미, 북유럽의 한랭/해안지역에서부터 문제가 인식되었다. 부식을 크게 좌우하는 원인은 고속도로의 제설염, 산성비 등 강한 산/염기성을 갖는 요인이 있을 것이며, 요소가 복합적으로 작용할 경우 정도가 심해진다. 소비자 입장에서 방청기준을 설정하는 움직임이 설정되면서부터 방청이 중요하게 다뤄졌고, 캐나다 정부의 방청기준이 가이드가 되어왔다. 방청 보증 연한은 이러한 중요도를 인식한 이후로 꾸준히 증가되..
자동차 차체설계 - 4 4) 방진, 방음, 단열  소음, 단열, 진동은 차량의 승차감과 장거리 운전에서의 운전자의 피로도를 결정한다는 점에서 중요하게 다루어져야 하고, 차체에 국한되어 결정되는 것은 아닌 복합적인 차량의 특성이나 차체 설계 단계에서 양호한 특성을 가지도록 설계할 필요가 있다. 통상 NVH 설계라 불리며 해당 특성의 발원점은 모터, 엔진 등 PT, 타이어 특성, 서스펜션, 차체, 시트, 인스트루먼트 패널 등이 있다. 상기 원인들이 공진을 결정하기 때문에  PT, 서스펜션, 타이어, 차체의 진동 특성과 고유 진동수의 관련성을 고려하여 계획 단계에서의 차체 설계를 할 필요가 있다. 1. 차체의 진동, 소음 특성- 골격진동 골조를 포함한 차체 전체의 저주파 진동으로 카 쉐이크의 원인이 된다. 굽힘진동모드의 노드가 2개..

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