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진동을 구성하는 필수요소 3개중 하나인 강성은 ‘원래의 상태를 유지하려는 성질’을 의미한다. 강성은 탄성에너지(위치에너지)와 상호 변환할 수 있고 질량관성이 이루는 운동에너지와 교번하여 전체에너지를 나누어 가진다. 따라서 강성과 관성이 방향이 서로 반대인 것이 정상인데 만약 방향이 같을 경우에는 공진이 발생하는 것이라고 볼 수도 있겠다. 강성은 이렇듯이 공진의 기본 원인인 고유주파수를 이루므로 강성[N/m]이 세다는 것은 고유주파수가 높고 고집이 세다는 뜻이기도 하다.
탄성계수(Modulus of Elasticity)는 강성의 구성요소
탄성계수는 임의의 재질의 탄성특성을 나타내는 척도로서 종탄성 계수일 경우 ‘young modulus(영률)’이라 하며 σ=Εε, E=(응력/변형률)으로 정의된다. 종, 횡탄성계수는 면적당 단위(Pa,N/m²)로서 사용되며 steel일 경우19.5*10^10Pa, Soft Rubber는 0.0005*10^10Pa로 ‘탄성이 크다는 것은 응력을 많이 받아도 조금만 변한다는 것’으로 강성과 그 특성이 유사하다. 공간수학적으로는 함수(복소수, 편미분)로 표현하여 조화운동(Harmonic)을 표현하게 된다. 탄성계수는 체적탄성계수로 사용되기도 한다. 이 때 유체일 경우 K[비열비*압력]으로, 고체전단일 경우 G(EI/A)로 사용되는데 따라서 매질내 음속[v,전파속도]은 √(K,E,G/ρ)로 계산된다. 그래서 진동주파수는 f=v/λ이므로 강성과 주파수간의 관계는 f=√(K, E, G/ρ) /λ가 되는 것이다.
종합적으로 강성과 탄성의 관련성을 정리하면 강성을 구할 때 재질 및 구조의 특성요소가 포함된다는 것인데 여기에 탄성계수가 있다. 즉, 강성을 탄성을 포함한 식으로 각 지지유형별로 정리해 보면 다음과 같다.(EI=굽힘강성, I=단면2차모멘트)
키워드,
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강성, 등가강성, Stiffness, 정강성, 동강성, 진동의 필수 3요소, 탄성계수
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