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『목재에 작용하는 힘』기초 (上)

Posted at 2018-01-15 14:10:56

『목재에 작용하는 힘』 기초(上) &nbsp; <o:p></o:p>1. 목재의 응력과 변형 &nbsp; <o:p></o:p> &nbsp;&nbsp; 1) 목재는 예로부터 농기구, 배, 건축물 등 여러 가지 힘받이 용도로 사용되어져 &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; 왔습니다. 인류는 목재가 다른 재료에 비하여 가벼우면서도 큰 강도를 지녔기 &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; 때문에&nbsp;이러한 성질을 최대한 이용해 온 것입니다. &nbsp; <o:p></o:p> &nbsp;&nbsp; 2) 외력이 목재에 작용하면 목재의 내부에서 저항하는 내력이 생기고, 목재의 &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; 크기와 형상이 변화합니다. 이때에 단위면적당 내력을 응력(stress)이라 부르고, &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; 크기와 형상의 변화를 변형(deformation)이라 부릅니다. 변형에 있어서도 &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; 단위길이 당 변형을 변형률(strain)이라고 합니다. &nbsp; <o:p></o:p>&nbsp;&nbsp; 3) 목재에 작용하는 외력이 점차 증대되면 응력과 변형은 비례한계까지 직선관계가 &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; 성립하고, 외력을 제거하면 변형도 회복되어 원형으로 되돌아갑니다. &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; 외력이 비례한계를 초과하면 소성변형이 나타나면서 변형은 더욱 커지고, 외력이 &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; 목재조직의 응집력을 초과하면 파괴되고 맙니다. 비례한계에서 응력을 비례한 &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; 응력(비례한도, FSPL)이라 부르며, 파괴 시에 응력을 파괴응력, 극한응력 또는 &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; 강도(strength)라고 부릅니다. 이와같이 응력과 변형 등을 다루는 성질이 기계적 &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; 성질입니다. &nbsp; <o:p></o:p>&nbsp;&nbsp;&nbsp;4) 목재를 포장용기나 구조물로 사용할 때 파괴되지 아니하고 뚜렷한 변형없이 &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; 얼마의 하중을 지지할 수 있는가를 파악하는 것은 아주 중요합니다. 목재는 자연의 &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; 산물이므로 기계적 성질에 변이가 있습니다. 특히 목재는 다른 재료와 달리 &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; 불균질 재료이고, 방향성을 지닌 異方性材科(anisotropic material)이기 때문에 &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; 기계적 성질이 매우 복잡하며, 여러 종류의 응력과 변형률을 갖습니다. 외&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; 력을 받을 때 고무줄과 같이 많이 변형하는 재료가 있는가 하면, 강철과 같이 &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; 변형이 적은 재료가 있습니다. &nbsp; <o:p></o:p> &nbsp; <o:p></o:p>2. 목재의 강도와 탄성계수 &nbsp; <o:p></o:p>&nbsp;&nbsp; 1) 고무줄과 같이 원형으로 되돌아가는 탄성이 큰 재료가 있는가 하면, 젖은 진흙과 &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; 같이 한번 변형되면 원형으로 되돌아가지 않는 소성이 큰 재료가 있습니다. &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; 목재는 탄성과 소성이 있고, 방향에 따라 차이가 있습니다. 목재가 갖고 있는 탄성과&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; 소성을 이용하여 여러 가지 목공제품을 만들 수 있습니다. 목재의 탄성을 이용한&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; 활, 목재를 휘어서 만드는 즉, 목재의 소성을 이용한 곡목제품 등이 있습니다. &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; 목재의 소성은 약품이나 증기처리에 의해 증가시킬 수 있습니다. &nbsp; &nbsp;&nbsp; 2) 응력과 변형률의 관계를 나타낸 선을 응력 ·변형선도(S-S diagram)라 부릅니다. &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; 비례한계 내에 직선의 기울기가 탄성계수(MOE), 또는 영률입니다. 즉 탄성계수는 &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; 비례한계 내에서 응력과 변형률의 기울기를 말합니다. 탄성계수의 값이 클수록 &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; 변형이 적은 재료입니다. 파괴 없이 많이 변형할 수 있는 성질을 유연성이라 &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; 부르고, 변형에 대한 저항이 큰 성질을 剛性(stiffness)이라 부릅니다. 목재의 &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; 강성과 유연성의 대조 수단으로써 탄성계수를 이용합니다. 탄성계수가 크면 &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; 강성은 커집니다. 탄성계수가 큰 재료를 강성재료라 부릅니다. &nbsp; &nbsp;&nbsp;&nbsp;3) 목재의 탄성계수는 수종과 방향에 따라 상당한 차이가 있습니다. 목재의 섬유방향 &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; 영률은 방사방향과 접선방향의 영률보다 큽니다. 소나무 기건재의 경우를 보면, &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; 섬유방향 영률(Ee)은 120×10³㎏/㎠이고, 방사방향 영률(Er)은 1.25×10³㎏/㎠이며, &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; 접선방향 영률(Et)은 6.5×10³㎏/㎠로서 방향 간에 큰 차이를 보이고 있습니다. &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; 목재에 하중을 가할 경우 섬유방향의 저항력이 크다는 사실을 알 수 있습니다. &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; 일반적으로 목재의 영률은 섬유방향의 영률을 의미합니다. 소나무재와 다른 &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; 재료의 영률을 비교한다면, 유리는 목재의 4.2~6.5배이고, 강철은 목재의 17배 정도&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; 입니다.&nbsp;&nbsp; &nbsp;&nbsp;&nbsp;4) 백묵과 유리 같이 외력에 의해 변형이 거의 일어나지 않고 파괴되는 성질을 脆性 &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; (brittleness, 또는 brashness)이라 부릅니다. 건전 목재는 취성을 갖지 않으나, &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; 썩기 시작하면 취성을 보입니다. 취성목재(brashwood)는 하중을 받을 경우 저항의&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;표시가 제대로 나타나지 않고, 증후나 예고도 없이 갑자기 파괴됩니다. &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;광산 내부의 각목은 여러 가지 지지용으로 사용되고 있는데, 온습한 조건에서 &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; 목재가 차츰 부후되어 언젠가는 취성목재가 되어 갑자기 파괴되므로 사고의 원인이&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;되고 있습니다. &nbsp; &nbsp;<o:p></o:p> &nbsp; <o:p></o:p> &nbsp;



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