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Stress-Strain · PDF file 2014-01-21 · Stress-Strain Analysis . 인장성질(Tensile Properties) ... =Yield specific stress Yield Strain . 탄성계수(elastic modulus) 초기탄성계수

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Text of Stress-Strain · PDF file 2014-01-21 · Stress-Strain Analysis ....

  • Stress-Strain Analysis

  • 인장성질(Tensile Properties)

     섬유의 역학적 성질 : 섬유물질에 가해지는 외력 과 변형과의 관계로부터 유도되는 성질

     섬유의 인장성질 : 섬유에 축방향의 힘을 작용시 켜 인장시킬 때 변형과의 관계,축방향으로 신장시 킬 때 신장과 힘과의 관계로부터 유도되는 성질

     섬유의 인장성질의 중요성: 섬유제품 품질의 중 요 지수

  • 인장성질의 측정방법

    섬유물질을 서서히 신장시키면서 장력을 측정 시료를 신장시키는 방법은 결과에 중요한 영향

    (1)일정 가중속도 방법(CRL) : 섬유에 일정 속도

    로 증가하는 하중을 측정하는 방법 (2)일정신장 속도방법(CRE) : 섬유 시료를 일정

    속도로 신장시키고 이 때 하중을 측정하는 방법

  • 하중-신장 곡선

     하중-신장 곡선 : 섬유시료에 일정한 속도 로 서서히 하중을 가할 때 섬유의 거동

  • 응력-변형률 곡선

     응력-변형율 곡선 : 하중(load)을 응력(stress), 신장(extension)을 변형률(strain)로 고쳐서 만 든 곡선

  • 응력

     섬유에 작용하는 힘, 하중(load) 단위: gf, lbf, N 또는 dyne

    그러나 여러 섬유의 인장하중을 서로 비교할 때와 같이 물리적, 공업적 응용에서는 응력을 사용  응력(stress) 단위: N/㎡ 또는 Pa (dyne/cm2 or kgf/mm2)

  • 응력

     선밀도(linear density) 그러나 실제로 섬유의 단면적 측정이 용이하지

    않고 측정시간이 오래 걸리므로 단면적 대신 이것에 비례하는 양인 선밀도를 사용 이것을 비응력이라고 한다

     비응력(σ) 단위: Nm/kg(또는 Pa m3/kg)이나 실제는 N/tex 또는 mN/tex 가 사용이 편리 (종래에는 gf/den 또는 gf/tex를 사용)

  • 응력

     비응력과 응력의 관계

    f : 응력, ρ: 섬유밀도, σ: 비응력 강력(strength), 절단하중(breaking load):

    시료가 절단되는 순간의 하중

  • 응력

    강도, 절단응력(breaking stress)

    : 절단시점에서 응력

    비강도(tenacity)

    : 여러 섬유를 비교해서 절단시점에서 비응력

    최대 인장응력 : 하중-신장 곡선에 있어서 최고점이 되는 응력

  • 변형률(Strain)

     인장변형률(tensile strain)

    섬유시료가 원래 시료의 길이에 비해 인장력에 의하여 늘어난 길이 (단위없음)

    신장된 길이

    섬유의 원래의 길이

     절단변형률(breaking extension)

    섬유시료가 원래 시료의 길이에 비해서 절단될 때까지 늘어난 길이

     신도(Extension)

    변형률X100(%)

  • 탄성계수(elastic modulus)

    탄성계수

    응력-변형률 곡선에서 임의의 한점에서 기울기를 이 섬유의 그 응력에서의 탄성계수 또는 강경도(stiffness)라 함

    초기탄성계수

    원점에서 이 곡선에 대한기울기 :tanα

    보통 이 값은 다음의

    Yield stiffness로 얻음

    Yield stiffness

    =Yield specific stress

    Yield Strain

  • 탄성계수(elastic modulus)

    초기탄성계수

    단위는 응력 또는 비응력의 단위와 동일

    섬유의 길이를 배로 늘이는데 필요한 응력

    소변형(small deformation) 신장에 대한 섬 유의 저항도

    평균탄성계수

    응력-변형률 곡선의 원점과 절단점을 이은

    직선의 기울기

  • 초기탄성계수(초기탄성률)의 의미

    신장의 초기 즉 아주 작은 신장의 범위에서 단위 신장에 필요한 힘

    섬유의 유연성과 강직성의 정도

    초기탄성률이 큰 것 : 딱딱하고 뻣뻣한 섬유(마, 면)

    초기탄성률이 작은 것 : 부드럽고 유연한 섬유(나일론, 양모)

  • 항복점(yield point)

     항복점 시료의 변형이 용이해지는 점, 즉 시료가 쉽게

    변형되기 시작하는 점 금속과 같은 공업재료에서는 항복점의 위치가 확실하여 구별이 쉬우나 섬유와 같은 고분자 물질에서는 항복점의 위치를 결정하기가 곤란

    할 경우가 있다.  항복점을 측정하는 방법 Meredith 작도법 Coplan 작도법

  • 항복점(yield point)

     Meredith의 항복점 정의 섬유의 응력-변형률 곡선의 원점과 절단점을

    연결한 직선에 평행한 응력-변형률 곡선에의 접선의 접점

  • 항복점(yield point)

    Coplan의 항복점 정의 원점에서 곡선에 대한 접선과 기울기가 제일 작

    은 접선과의 교점에서 변형률 축에 평행선을 그 어 그것이 곡선과 만나는 점

  • 항복점(yield point)

    영구변형(permanent deformation) 섬유물질은 항복점까지는 탄성이 있으므로 섬

    유를 항복점까지 변형시킨 후 외력을 제거하면 변형이 완전히 회복되지 않고 영구변형이 남게 된다.

    외력이 항복점이 넘은 경우 영구변형(permanent deformation) 이 생긴

    다.

  • 파단일(work of rupture, toughness)

    섬유가 인장력에 의하여 끊어질

    때까지의 소비되는 에너지

    비파단일(specific work of rupture)

    or 인성지수(toughness index, T.I)

    Tenacity(GPD) X breaking strain

    T.I=

    2

  • 크림프(crimp)

    면, 양모에 크림프가 있고, 많은 합성섬유는 텍 스쳐 가공에 의하여 크림프가 부가되어 여러 가 지 섬유 공정을 편리하게 해 준다.

    * 크림프 제거력: 크림프 제거에 필요한 에너지

    크림프가 있는 섬유의 하중-신장 곡선

  • 여러 가지 섬유 응력-변형률 곡선

    아마, 저마 > 면 > 나일론, 견 > 비스코스> 아세테이트 > 양모

  • 여러 가지 섬유 응력-변형률 곡선

    1) 유연하고 약함 2) 딱딱하고 부서지기 쉬움 3) 딱딱하고 강경함 4) 부드럽고 강인함 5) 딱딱하고 강인함

    1) 2) 3) 4) 5)

  • 여러 가지 섬유 응력-변형률 곡선

    셀룰로오스섬유

    약간 오목하여, 명확한 항복점이 없다.

    면은 종류에 따라 곡선의 형태가 다르며, 일반적으로 섬 세한 섬유일수록 절단강도가 크고 초기탄성계수도 크다.

    아마(亞麻), 저마(苧麻) 등 줄기 섬유는 분자들이 거의 섬유축에 평행하게 배열되어 있으므로 절단 변형률은 작 다.

    면섬유는 경사각 20~300O이므로 변형률이 줄기섬유보 다 크다.

    줄기섬유는 변형률도 적고 절단 강도가 크고 탄성계수도 크고 파단(破斷)일은 아주 적다.

  • 재생섬유소와 아세테이트 섬유 : 응력-변형률 곡선은 항복점이 뚜렷하고, 절단점에 가까와

    지면 급상승한다.

    레이온의 유형, 제조에 따라 다르다.

    연신(延伸)섬유는 분자배향이 좋아서 강력은 크고, 절단 변형률은 작다.

    미연신(未延伸)섬유는 약하고, 신장성이 큰 섬유가 된다.

    레이온 중 polynosic 또는 고습윤탄성계수 섬유는 강하 고 보통레이온보다 면섬유에 가까운 성질을 가지고 있다.

    단백질(蛋白質) 섬유 : 견(絹)은 절단강도와 절단 변형, 파단일 모두 크다.

    양모는 굴곡된 분자로 강도는 작고, 절단변형률은 크다.

  • 합성섬유 천연섬유에 비해 절단강도, 절단변형, 파단일 모두 크다. 온도에 따라 변형률은 크고, 응력은 점점 작아진다. 나일론과 PET는 항복변형률과 항복응력이 절단선에 가

    깝다. 아크릴은 나일론과 PET보다 절단변형률이 작기 때문에

    파단일도 작다. 습식방사에 의해 생기는 구조적 특이성때문, 망상구조와 빈곳이 많아 인장력이나 변형을 지지할 수

    없기 때문

  • 온습도의 영향

    -온습도 변화에 따라 섬유의 응력과 변형률은 달라진다.

    -온도의 영향

    온도가 높아지면 절단강도와 탄성계수는 작아지고,

    절단

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