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1[9급 지방직 응용역학개론] 09년 1회차
그림과 같이 무응력 상태로 봉 AB부재와 봉 BC부재가 연결되어 있다. 만일, 봉 AB부재의 온도가 T만큼 상승했을 때 봉 BC부재에 응력이 생기지 않기 위해 봉 BC부재에 필요한 온도 변화량은? (단, 봉 AB부재와 봉 BC부재 사이는 길이를 무시할 수 있는 단열재에 의해 열의 이동이 완전히 차단되어 있다고 가정한다)
문제 이미지
1
2T(하강)
2
2T(상승)
3
4T(하강)
4
4T(상승)
해설

BC부재에 응력이 생기지 않으려면 4T만큼 온도를 낮춰야 한다.

두 봉은 양단 고정 사이에 직렬로 놓여 같은 축력을 받는다. BC에 응력이 없으려면 축력이 0이어야 하고, 그러면 전체 길이 변화가 0이어야 한다.

AB의 열팽창: 2α×2l×T=4αlT2\alpha\times2l\times T=4\alpha lT
BC의 열변형: α×l×ΔT\alpha\times l\times\Delta T
4αlT+αlΔT=0 ⇒ ΔT=−4T4\alpha lT+\alpha l\Delta T=0\ \Rightarrow\ \Delta T=-4T

  • 2T 하강이면 BC 수축량이 2αlT2\alpha lT로 AB 팽창량 4αlT4\alpha lT의 절반밖에 상쇄하지 못한다.
  • 2T 상승과 4T 상승은 BC가 늘어나야 한다고 본 것으로, 이미 AB가 늘어나 BC는 줄어들어야 한다.

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