압연강재 잔류응력

개념 정의

압연강재의 잔류응력은 외력 없이 단면 내부에 남아 있는 응력이다.

단면 전체의 힘과 모멘트 합이 0이 되는 자가 평형 상태다.

이 영상은 정의, 원인, 분포, 좌굴 영향 순서로 정리한다.

발생 원인

원인은 열간압연 후 부위마다 냉각 속도가 달라서 생긴다.

플랜지 끝은 얇아 먼저 식고, 플랜지 중앙과 웨브는 나중에 식는다.

먼저 식은 부위는 수축이 일찍 시작되고, 늦게 식는 부위는 구속되어 수축하지 못한다.

그 결과 늦게 식는 부위에는 인장, 먼저 식은 부위에는 압축 잔류응력이 남는다.

부위별 분포

I형 단면에서 부위별 잔류응력 경향을 표로 정리하면 이렇다.

플랜지 끝단은 압축, 플랜지 중앙은 인장 잔류응력이 나타나기 쉽다.

웨브 중앙은 플랜지 사이에 있어 가장 늦게 식으므로 압축이 남는다.

깊은 I형 단면에서는 플랜지 순인장과 웨브 순압축이 힘의 평형을 이룬다.

좌굴 영향

잔류응력이 있으면 외력이 작아도 일부 부위가 먼저 항복 영역에 들어간다.

그래서 같은 압축력에서도 비탄성 영역이 조기에 나타나 좌굴에 불리해진다.

좌굴 하중은 탄성 해석값보다 낮아지고, 세장비가 큰 부재에서 감소 폭이 크다.

피로 저항과 변형 안정성에도 부정적인 영향을 준다.

비교와 함정

열간압연 잔류응력은 용접 잔류응력과 발생 원인이 다르다.

열간압연은 냉각 속도 차이가, 용접은 국부 가열과 수축 구속이 원인이다.

채점에서는 냉각 속도 차이, 분포, 좌굴 강도 저하를 빠짐없이 쓰는지 본다.

이제 직접 풀어 보자. 늦게 식는 부위에 남는 잔류응력을 생각해 본다.

정리

정리하면 열간압연 잔류응력은 불균일 냉각으로 생긴 자기 평형 응력이다.

플랜지 끝은 압축, 플랜지 중앙은 인장이 나타나기 쉽다.

잔류응력은 좌굴 강도를 낮추므로 설계에서는 좌굴곡선에 반영한다.