기술용어통 : CAE 입문자도 쉽게 이해할 수 있는 '알기 쉬운 기술 용어집'

전단 보정계수 - shear correction factor

작성자: MidasIT 반디통 | 2021. 7. 28 오후 3:00:00

평만이나 쉘 형상의 박판 구조물이 굽힘 하중을 받게 되면 구조물의 단면에는 전단 변형률(shear strain)과 전단 응력(shear stress)이 발생하게 된다. 그리고 이들은 두께방향으로 구조물의 중립축(neutral axis)에서 최대값을 그리고 위 아래 면에서 0이 되는 타원형 분포를 나타낸다.

이러한 구조물을 3차원 유한요소(finite element)를 이용하여 해석하는 경우에는 타원형 분포의 전단 변형률과 전단 응력을 구할 수 있지만, 평판 요소(plate element)쉘 요소(shell element)를 이용하는 경우에는 그렇지 못하다. 왜냐하면, 이들 요소는 구조물의 중립면(neutral plane)에 적용되는 2차원 요소로써, 민들린-라이즈너 이론(Mindlin-Reissner theory)에 근거하고 있기 때문이다.

이 이론은 구조물의 3차원 거동을 중립면의 변형(deformation)을 기초로 하여 표현하고 있다. 따라서 3차원 구조물을 중립면에만 국한하여 2차원으로 가정하고 있다. 이러한 과정에서 구조물 변형의 두께방향으로의 변화를 직선형태로 가정하고, 그 결과 두께방향으로의 전단 변형률과 전단 응력은 두께방향으로 일정한 크기를 가지게 되다.

따라서, 타원형 분포와는 다른 분포형태에 따른 필연적인 차이를 보정하기 위한 계수가 필요하게 되었다. 이 보정계수를 전단 보정계수라고 부르고, 일반적으로 5/6의 값을 채택하고 있다. 이 값은 타원형 분포와 직선 분포로 표현되는 두 전단 응력의 전체 합은 같아야 한다는 조건식으로부터 유도되었다.

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