[토목구조] 변형에너지 개념

변형에너지의 개념

재료가 Hooke의 법칙에 따르는 선형탄성인 구조물에 서서히 외력이 작용하면 에너지보존법칙에 의해 외적인 모든 일은 내적인 탄성변형에너지로 구조물에 축척된다는 개념이 변형에너지 이론이다.

- Hooke의 법칙 (Wikipedia 참조)

훅법칙(Hooke's law)은 용수철과 같이 탄성이 있는 물체가 외력에 의해 늘어나거나 줄어드는 등 변형되었을 때 자신의 원래 모습으로 돌아오려고 저항하는 복원력의 크기와 변형의 정도의 관계를 나타내는 물리법칙이다. 금속 용수철이나 고무봉 등의 외부에서 힘이 가해지지 않았을 때 고유의 모양, 1차원적으로만 한정해 보면 자연적인 길이를 갖는다. 이런 자연스러운 길이는 외부에서 힘이 가해지면 늘어나거나 줄어들게 되는데, 이때 원래 모양으로 돌아오려는 복원력이 작용하게 되며 이런 성질을 탄성이라고 하며, 이런 성질이 강한 물체를 탄성체라고 부른다.

많은 탄성체에서는 변형의 정도가 작을 때 복원력과 변형량 사이에 비례관계가 성립한다. 이것을 그 발견자인 17세기 영국 물리학자 로버트 훅의 이름을 기념하여 훅 법칙이라고 부른다. 훅 법칙은 판이나 봉의 휨 같은 다차원적인 변형에서도 똑같이 성립된다.

- 선형탄성 (Wikipedia 참조)

선형탄성은 변형에 대한 탄성계의 반응이 선형적인 경우을 말하며, 이런 탄성계를 연구하는 학문분야이다. 변형도가 커지면 비선형이 되어 선형탄성 이론으로는 다룰 수 없다.

- 에너지보존법칙 (Wikipedia 참조)

물리학에서의 에너지 보존 법칙 (law of conservation of energy)은, 외계에 접촉이 없을 때 고립계에서 에너지의 총합은 일정하다는 것으로