[eBook] 완성 재료역학(1판)

제1장 재료역학의 기초

   1.1 개요

   1.2 하중과 변형

   1.3 변형과 응력

   1.4 수직응력과 수직변형률

   1.5 응력-변형률 선도

   1.6 훅크의 법칙과 포와송비

   1.7 전단응력과 전단변형률

   1.8 구조설계의 기초

   ￭ 연습문제

제2장 단순 축하중 부재

   2.1 개요

   2.2 단순 축하중 부재의 변형

   2.3 균일강도봉과 경사단면의 응력

   2.4 부정정구조물의 해석

   2.5 온도 효과와 기변형 영향

   2.6 변형에너지

   2.7 충격하중을 받는 단순봉

   2.8 단순 축하중 봉의 소성해석

   2.9 단순 축하중 부재의 설계

   ￭ 연습문제

제3장 비틀림

   3.1 개요

   3.2 원형단면봉의 비틀림

   3.3 부정정봉의 비틀림

   3.4 동력전달 회전축의 해석

   3.5 비틀림을 받는 봉의 변형에너지

   3.6 두께가 얇은 관의 비틀림

   3.7 단순봉의 비선형비틀림

   3.8 일반단면봉의 비틀림

   3.9 설계에의 응용

   ￭ 연습문제

제4장 구조물의 변형과 응력

   4.1 개요

   4.2 경사단면 응력과 순수전단

   4.3 평면응력과 주응력 및 최대전단응력

   4.4 평면응력 상태에서의 훅크의 법칙

   4.5 3축 응력과 3차원 응력

   4.6 구조물에서의 평면변형

   4.7 압력용기의 응력

   4.8 설계에의 응용

   ￭ 연습문제

제5장 보의 내력, 전단력 및 굽힘모멘트

   5.1 개요

   5.2 보의 종류와 지점

   5.3 보의 내력, 전단력 및 굽힘모멘트

   5.4 하중, 전단력 및 굽힘모멘트 선도

   5.5 특이함수 해법에 의한 전단력 및 굽힘모멘트 해석

   5.6 설계에의 응용

   ￭ 연습문제

제6장 하중을 받는 보의 응력 해석

   6.1 개요

   6.2 단면의 도심과 단면관성모멘트

   6.3 보의 수직변형률과 응력

   6.4 보의 전단응력

   6.5 불균일단면보 및 합성보에서의 응력

   6.6 축하중을 받는 보

   6.7 비대칭굽힘 상태의 보

   6.8 굽힘을 받는 얇은 두께의 열린 단면의 전단응력

   6.9 비탄성굽힘

   6.10 설계에의 응용

   ￭ 연습문제

제7장 보의 처짐

   7.1 개요

   7.2 보의 처짐방정식

   7.3 중첩법에 의한 처짐해석

   7.4 면적모멘트법과 불균일단면보

   7.5 보변형의 온도 영향과 전단변형 효과

   7.6 설계에의 응용

   ￭ 연습문제

제8장 에너지 방법을 이용한 구조물의 변형 해석

   8.1 개요

   8.2 변형에너지

   8.3 에너지-일의 원리

   8.4 가상일의 원리와 단위하중법

   8.5 변형에너지법과 공액변형에너지법

   8.6 상반정리

   8.7 설계에의 응용

   ￭ 연습문제

제9장 부정정 구조물

   9.1 개요

   9.2 변형식의 미분방정식법

   9.3 중첩법

   9.4 모멘트면적법과 공액보

   9.5 3모멘트법

   9.6 모멘트분배법

   9.7 에너지법

   9.8 곡선부재의 해석

   9.9 설계에의 응용

   ￭ 연습문제

제10장 기둥의 좌굴해석

   10.1 개요

   10.2 기둥의 임계하중과 유효길이

   10.3 편심하중 및 초기결함기둥과 Secant공식

   10.4 비탄성좌굴

   10.5 기둥의 설계기초

   ￭ 연습문제

제11장 구조설계의 파손기준과 파괴역학의 기초

   11.1 개요

   11.2 재료의 파손이론

   11.3 취성재료의 파손이론

   11.4 반복하중에 의한 피로파괴

   11.5 파괴역학의 기초

   ￭ 연습문제

제12장 다기능 소재와 그 적용

   12.1 개요

   12.2 미시적 관점에서의 복합소재 적층의 탄성거동

   12.3 거시적 관점에서의 복합소재 적층의 탄성거동

   12.4 허니컴구조

   12.5 전기활성소재

   12.6 형상기억합금

   ￭ 연습문제

부록

  부록 A 단위계와 환산숫자의 처리

  부록 B 수학공식

  부록 C 단면의 특성

  부록 D 단면 특성표

  부록 E 재료의 기계적 특성

재료역학은 기계, 건축 구조물 및 자동차, 항공기, 선박들과 같이 다양한 구조 부재로 구성된 구조물의 소재에 가해진 하중에 의해 구조 부재에 발생되는 변형현상을 연구하는 기계공학 분야의 가장 기초적인 과목으로 구조 재료의 선정과 구조 형상의 선택 및 안전한 구조물의 설계를 위한 변형과 응력을 해석하는 기계공학의 기본이 되는 학문이다.

본서의 집필진의 구성은 오랜 교수생활의 경험을 소유한 원로교수와 최신첨단분야 연구업적을 충실히 쌓고 있는 신예교수 및 현장에서 실무분야에 종사하고 있는 젊은 학자로 되어 있어, 본서가 기계 공학에 첫 입문하는 학생들이 쉽게 이해하고 응용할 수 있도록 집필될 수 있었다. 또한, 본서는 학습의 흥미를 북돋우고, 기계공학의 기초를 충실히 다질 수 있게 하기 위하여 다음과 같은 특징을 갖도록 구성하였다.

첫째, 매 단원의 개요에서 단원의 목표와 응용분야에 대해 설명하고 처음 접하는 용어들에 대해 기본개념과 원리 및 물리적 의미를 설명하여 쉽게 이해하고 실무에 적용할 수 있도록 하였다.

둘째, 모든 분야의 설명과 해설을 위하여 학생들이 이해해가는 매 과정마다 세부적인 그림을 활용하여 학생들의 이해를 돕도록 하였으며 선택된 예제는 기초적인 것에서부터 학생 스스로 해결하기 힘든 예제까지 다양한 난이도로 구성하였으며 난이도가 높은 예제를 중심으로 쉽게 풀이할 수 있도록 풀이 과정을 세밀히 설명하였다.

셋째, 예제를 풀이함에 있어 필요한 수학적 기본지식과 수학적 해법을 자세히 설명하였고 매 단원마다 실무에 적용되고 응용되는 과제들을 가능한 많이 취급하도록 하여 미래 전문 엔지니어가 되거나 대학원생이 되어서도 직접 활용할 수 있도록 필수적인 고급 전문 용어나 해법들을 자연스럽게 접하도록 하였다.

넷째, 구조물의 변형과 응력해석을 위해 학생들이 3차원적 구조를 쉽게 이해하고 응용할 수 있도록 먼저 개념정리를 한 후 2차원 단면이나 일차원적 단순 구조물에 대해 해석함으로써 재료역학의 이해와 응용력 습득을 한층 높일 수 있도록 하였다.

다섯째, 모든 장의 끝 절에는 해당 장의 내용을 응용하여 적용할 수 있는 실제 설계 문제를 다루어 엔지니어로써 현장실무 적용 능력을 키울 수 있도록 하였다.

여섯째, 제12장에서는 첨단소재인 기능성재료의 재료역학적 해석 분야를 취급하여 복합재료, 셀룰러소재, 세라믹, 형상기억합금 및 음의 포와송 비를 갖는 구조 부재 등을 취급하여 고전적 재료역학 내용 이외에 미래첨단소재분야에 대한 역학적 이해와 응용이 가능하도록 하였다.

본서는 대학에서 3학점씩 2학기에 걸쳐서 강의할 수 있는 분량으로 1학기에 5장 또는 6장까지 강의하고 2학기에 12장까지 강의하면 적절한 분량이 될 수 있으며, 필요시에는 각 장의 뒷 부분의 일부 내용과 제12장을 생략함으로써 강의 양과 깊이를 조절하여 강의할 수 있도록 하였고, 특히 12장의 일부내용은 학부 과정에서 다루기 어려운 내용이 포함되어 있을 수 있으나 이들 내용들은 앞으로 고체역학에 관심을 가지고 계속 연구하고자 하는 학생들에게 더 없이 좋은 참고자료가 될 것으로 믿는다.

본서 내용이나 편집에 있어 오류가 없도록 최선을 다하였으나 오류나 착오가 있는 부분에 대해서는 저자에게 지적해주시기를 부탁하며 앞으로 꾸준히 수정, 보완해 나갈 것이다.

본서의 집필을 위한 실험과 원고교정 등을 위해 수고한 박사과정 김진규, 박봉국, 이상와, 김광원, 허현우, 유새롬, 석사과정 이치훈, 김동진, 이재홍, 조흥준, 김현기 군과 김승혜 양에게 감사드린다.

그리고 본서의 편집과 삽화 및 교정을 맡아 수고한 전동익 박사와 인텔레인(주)의 강민영 사장, 김형일, 박종승, 변상균 씨에게 감사드리며, 본서의 분량이 과다하여 출판에 애로사항이 많음에도 불구하고 출판되도록 도움을 준 복두출판사의 송광헌 사장과 임직원 여러분에게도 심심한 사의를 표한다.

끝으로 평생을 같이하고 격려해주는 가족에게 사랑을 전하며 우리 인생의 주인이시고 우리를 구원해주신 하나님께 이 모든 영광을 돌린다.

2013. 2.
저자 김두만, 주재형, 유현승