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[Mechanics(역학)] 체적변형률(Volumetric Strain, Bulk Strain)

 

이 글은 체적변형률에 관한 것입니다.
일반 물리하고 흡사하거나 비슷할 수도 있습니다.

 


1. 물체

 

 

그림 1-1. 어떤 물체, 도도(Dodo)

 

그림 1은 어떤 물체이다.

 

힘을 예를 들어서 위의 방향, 옆 방향, 오른쪽 방향으로 준다고 하자.

각각을 X, Y, Z라고 둔다.

 

아래의 그림은 각각의 축 단위로 변형이 일어날 수 있는 범위를 작성한 것이다.

그림 1-2. X, Y, Z축에 대한 변형, 도도(Dodo)

 


2. 체적 변형률

 

a, b, c의 변을 가정하자.

그리고 각 면에 대해서 수직하중을 라고 하자.

 

각 수직하중이 x, y, z축의 각 방향에 각각  의 변형률을 일으키고,
체적이 만큼 변화하였다고 하자.

 

그림 2-1. 변의 관계 (a, b, c)

 

그림 2-1을 변형률에 대한 관계로 살펴보면 다음과 같이 표현할 수 있다.

 

그림 2-2. 변형률 관계

 

[첨부(Attachment)]

physics_object.7z

 

이해가 안 된다면, 아래의 영상을 시청해보도록 하자. 

아래의 영상은 물체의 변형을 표현하기 위해 작성되었다.
위의 물체를 보면 알겠지만, 옆면에 예를 들어서 야구공을 던졌을 때도 일어날 수도 있다.
예) 충격으로 인한 변형 등.

그러나 지금 소개하는 체적변형률은 체적에 관한 변형률이다. 충격에 대한 것이 아니다.
여기에서는 체적에 관한 변형을 소개하고 있다. 이 영상의 한계점은 X, Y, Z좌표(3축)로 자유롭게 표현하지 못하고 있다.
1축(Y) 기준으로 표현되고 있다.

 

 

영상2-1. 변형의 현상 시연(Pad), 도도(Dodo)

 

 


2-1. 식 - 증명하기

 

a, b, c의 변을 가정하자.

그리고 각 면에 대해서 수직하중을 라고 하자.

 

각 수직하중이 x, y, z축의 각 방향에 각각  의 변형률을 일으키고,
체적이 만큼 변화하였다고 하자.

 

 

 

 

이것을 정리하면 아래의 식을 얻어낼 수 있다.

 

 

 

변형률에 대한 공식은 다음과 같다.

 

 

-> 길이에 대한 변형률을 구하는 것이 아니므로 l을 V로 표현하였다.

 

 

체적에 관한 변형률 식을 수립하면 다음과 같이 정의될 수 있다.

 

 

 


2-2. 이 동일한 값으로 변형할 때

 

이 된다.

 


2-3. 이 다른 값으로 변형할 때


 

각각의 변형률을 구해야 한다.

 

 

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