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1[9급 지방직 기계설계] 22년 1회차
연성 재료의 순수 전단의 경우, 정적 파손이론으로 변형 에너지설(Von Mises theory)을 적용할 때, 최대 전단응력은? (단, σY는 항복응력, ν는 포아송비이다)
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해설

변형 에너지설에 따르면 순수 전단에서 항복이 일어나는 최대 전단응력은 τ=σY3\tau=\dfrac{\sigma_Y}{\sqrt{3}}이다.

순수 전단 상태의 주응력은 σ1=τ, σ2=−τ\sigma_1=\tau,\ \sigma_2=-\tau이므로 von Mises 상당응력은
σe=σ12−σ1σ2+σ22=3 τ\sigma_e=\sqrt{\sigma_1^2-\sigma_1\sigma_2+\sigma_2^2}=\sqrt{3}\,\tau

σe=σY\sigma_e=\sigma_Y로 두면 τ=σY3≈0.577 σY\tau=\dfrac{\sigma_Y}{\sqrt{3}}\approx0.577\,\sigma_Y이며, 이 결과는 포아송비와 무관하다.

  • σY1+ν\dfrac{\sigma_Y}{\sqrt{1+\nu}}: 포아송비가 들어간 식으로, 변형 에너지설의 순수 전단 결과에는 포아송비가 나타나지 않는다.
  • σY2\dfrac{\sigma_Y}{\sqrt{2}}: von Mises 상당응력 계수(√3)와 맞지 않는 값이다.
  • σY21+ν\dfrac{\sigma_Y}{2\sqrt{1+\nu}}: 포아송비를 포함한 식으로, 최대 전단응력설의 0.5배 관계와도 변형 에너지설과도 일치하지 않는다.

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