Shear, Shear Stress   전단, 전단 응력

1. 전단 (Shear) 이란?

  ㅇ 전단 (Shear, 층밀림)
     - 반대방향의 두 힘이 물체 단면(斷面,잘라진 면)에 평행하게 작용되어,
     - 그에따라 나타나는 층밀림 현상

  ㅇ 전단력 (Shear Force)
     - 물체 단면에 평행하게 작용하는 힘 (절단 등 초래)
         

  ㅇ 전단 변형 (Shear Strain) 
     - 원래 직각이었던 육면체 요소가 엇갈리며 변형됨 (내부 각도의 변화 초래) 
         


2. 전단 응력 (Shear Stress) / 수평 응력 (Tangential Stress)

  ㅇ 전단력에 의해, 물체 단면(잘리는 면)에 평행하게 발생되는 응력 

  ㅇ (산출/정의식)
     - 전단력(접선방향 힘)을 전단력이 작용하는 면적으로 나눈 값  [N/㎡]
        . (전단 응력 τ) = (전단력 F) / (전단력이 작용하는 면적 A)

     * 즉, 물체 단면 상의 단위 면적 당 수평력

     - 또는, 
        . (전단 응력 τ) = (전단 탄성계수 G) x (전단 변형률 γ)


3. 전단 변형률 (Shear Strain Rate)                                  ☞ 변형률 참조

  ㅇ 윗부분 변이량에 높이를 나눈 변형률
     - 전단력에 의해, 사각형 윗부분과 아랫부분이 서로 엇갈리면 (즉, 전단 변형 하면), 
     - 사각형 윗부분의 변이량에 사각형 높이를 나눈 값

  ㅇ {# δ / h = tan γ \approx γ #}
       


4. 고체역학, 유체역학에서 전단 응력 비교

  ㅇ 고체역학 :  (전단 응력) = (전단 계수) x (전단 변형률)
     - 고체는 전단 응력에 저항함

  ㅇ 유체역학 :  (전단 응력) = (점성 계수) x (속도 기울기 or 전단 변형률)
     - 유체는 전단 응력에 연속적으로 변형됨 
        . 이때, 유체는 변형률에 연이어(연속적으로) 비례함


5. 전단 응력 관계식에서, 항목별 설명

  ㅇ (전단 응력) : [N/㎡]
     - 물체 내부에 작용하여, 평행한 면들이 서로 미끄러지려는 힘 (단위 면적당 작용하는 전단력)

  ㅇ (전단 계수 : shear modulus) = (강성도 : rigidity) : [N/㎟]
     - 전단력(변위된 표면 접선에 따라 작용)에 저항하는 정도를 나타내는 정량적 수치
        . (전단 계수) = (전단 응력) / (변형률)
        . {# μ = (F/A) / (ΔL/L) = (F/A) / (δ/h) #}

  ㅇ (전단 응력) = (전단 탄성계수) x (전단 변형률)  :  {# τ = G \cdotγ #}
     - {#τ#} (타우) : 전단 응력 (shear stress)
        . 단위 면적 당 전단력에 의해 발생되는 응력
     - {#G#} : 전단 탄성계수 (modulus of elasticity in shear) [Pa]
        . 선형 탄성 재료에서, 전단 응력 {#τ#}와 전단 변형률 {#γ#} 사이의 비례 상수
     - {#γ#} (감마) : 전단 변형률 [˚ 또는 radian]

  ㅇ (전단 변형률) : [무 차원 비(比) 또는 각도]
     - 사각형 윗부분의 변이량에 사각형 높이를 나눈 비율 또는 각도 값      ☞ 변형률 구분 참조

  ㅇ (점성 계수 : coefficient of viscosity) : [N s/㎡] = [Pa sec]
     - 유체 흐름에 저항하는 정도를 나타내는 정량적 수치
        . (점성 계수 or 점도 or 점성) = (전단 응력) / (속도 구배)
        . {# μ = \frac{τ}{dv/dy} #}   
              

  ㅇ (속도 기울기) : [(m/s)/m, s-1]
     - 이웃하는 유체 층 들 간에 속도 차이