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» 일반화된 훅의 법칙

일반화된 훅의 법칙

1678
  • Robert Hooke
  • Thomas Young
  • Augustin-Louis Cauchy
17th-century laboratory with tools for tensile testing and equations of Generalized Hooke's Law.

(설명을 위한 생성된 이미지입니다)

일반화된 훅의 법칙은 다음과 같습니다. 구성 방정식 선형 탄성 재료의 경우, 다음과 같이 명시합니다. 스트레스 텐서는 선형적으로 비례합니다. strain 텐서. 관계는 [latex]sigma[/latex]로 표현되며, 여기서 [latex]sigma[/latex]는 응력 텐서, [latex]varepsilon[/latex]는 변형률 텐서, [latex]C[/latex]는 재료의 탄성 상수를 포함하는 4차 강성 텐서입니다.

로버트 훅이 1678년에 제시한 원래의 법칙('ut tensio, sic vis', 즉 늘어난 길이와 힘이 같다)은 단순한 1차원 선형 관계를 설명했지만, 일반화된 훅의 법칙은 이 원리를 3차원으로 확장한 것입니다. 이 법칙은 선형 탄성 이론의 수학적 기초를 형성합니다. 이 관계는 응력 텐서의 6개 독립 성분과 미소 변형률 텐서의 6개 독립 성분을 연결합니다. 이는 가장 일반적인 형태에서 81개의 성분을 포함하는 4차 텐서인 강성 텐서 [latex]C_{ijkl}[/latex]을 통해 구현됩니다.

응력 텐서와 변형률 텐서의 대칭성으로 인해 강성 텐서의 독립 성분 수는 36개로 줄어듭니다. 또한, 변형 에너지 밀도 함수가 존재한다고 가정하면 강성 텐서 자체도 대칭성을 갖게 되어([latex]C_{ijkl} = C_{klij}[/latex]), 가장 일반적인 이방성 재료의 경우 독립적인 탄성 상수의 수는 21개로 줄어듭니다. 대칭성이 더 높은 재료의 경우 이 수는 더욱 줄어듭니다. 모든 방향에서 동일한 물성을 갖는 등방성 재료의 경우 영률(E)과 푸아송 비(ν)와 같은 두 개의 독립적인 탄성 상수만 필요합니다. 이 일반적인 경우, 법칙은 크게 단순화되어 변형률로부터 응력을 직접 계산하거나 그 반대로도 계산할 수 있습니다. 이 법칙은 재료의 탄성 한계 내에서만 유효하며, 이 한계를 넘어서면 영구적인 소성 변형이 발생하므로 다른 구성 모델이 필요합니다.

UNESCO Nomenclature: 2208
역학

유형

물리 법칙

분열

기초적인

용법

널리 사용됨

전구체

  • 재료의 탄성 특성에 대한 관찰
  • 응력과 변형률 개념의 발전
  • 뉴턴의 운동 법칙

응용 프로그램

  • finite element analysis (FEA) software for structural design
  • 스프링, 빔 및 기타 탄성 부품의 설계
  • 인장 시험을 통한 재료 특성 분석
  • 지진학을 이용하여 지구를 통한 탄성파의 전파를 모델링합니다.

특허:

NA

잠재적 혁신 아이디어

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관련 개념: 훅의 법칙, 선형 탄성, 구성 방정식, 응력-변형률 관계, 강성 텐서, 영률, 푸아송 비, 등방성 재료.

역사적 맥락

일반화된 훅의 법칙

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(날짜를 알 수 없거나 관련이 없는 경우, 예를 들어 "유체역학"의 경우, 주목할 만한 등장 시기를 대략적으로 추정하여 제공합니다.)

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