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충격 흡수 장치 (쇼크 옵서버, Shock Absorber) 계산 자동화 기계의 진동(자유 또는 강제)을 최소화하고 조절하는 산업용 충격 흡수 장치의 대표적인 부품은 쇼크 옵서버 (Shock Absorber)이다. 일반적으로 에어 실린더에 부착된 완충 하중에 쇼크 옵서버를 배치한다. 이 방법을 통해 실린더 크기를 조정하여 부하를 이동하고 충격 흡수 장치의 크기를 조정하여 필요한 거리 내에서 부하 이동을 중지할 수 있다. 충격 흡수 장치의 크기를 결정하려면 다음과 같은 4가지 매개변수를 알아야 한다. 감속할 질량, m (kg) 충격 속도, v (m/s) 추진력, F (N) 시간당 충격 주기 수, C (1/hr) 충격 흡수 장치(Shock Absorber)는 추진력이 없는 질량체, (실린더에 의한) 추진력을 가지고 있는 질량체, 모터 구동 장치가 있는 질량체, 자유 낙하 .. 2024. 3. 27.
열응력 (Thermal Stress) 계산 온도가 변하면 재료는 수축하거나 팽창하는데, 이런 수축 및 팽창 과정은 다른 부품과의 접촉으로 인한 간섭이 있거나 부품이 다른 유형의 재료로 만들어진 경우 물체에 열응력을 발생시킨다. 이는 재료의 열팽창률과 온도구배에 따라 달라지며, 가열시 팽창하고 냉각시 수축할 때 발생한다. 열응력은 올바르게 고려하지 않으면 구조적 강도와 안정성에 심각한 영향을 미칠 수 있다. 열 교환기, 보일러, 배관 라인, 밸브와 같은 물체에서 흔히 발생하므로 설계시 열응력을 고려하여야 한다. 아래 식을 통하여 열응력 (σt)을 계산할 수 있다. 열응력의 SI 단위는 Pa 이다. (식 1) σt = E * α * ΔT 여기서, E : 영률, Young's Modulus (Gpa) ΔT : 온도 변화 (°C), ΔT = Tf – T.. 2024. 3. 26.
비어-램버트 (Beer-Lambert Law)의 법칙 및 흡광도 (Absorbance) 계산 비어-램버트의 법칙(Beer-Lambert Law)은 용액을 통과하는 빛의 전파 방향으로 용액을 통과할 때 용액의 농도와 빛의 감쇠 사이의 관계를 제공하는데, 전자기 방사선 빔이 시료 (일반적으로 용액)를 통과할 때 흡광도는 리터당 몰로 계산된 시료 농도와 시료 내 빔의 경로 길이에 따라 달라진다. 아래 식을 Beer-Lambert Law라 하며, 시료를 통과하는 빛의 흡광도(A)는 흡수 종의 농도(c)와 빛이 시료를 통과하는 경로 길이(l)에 정비례한다. 아래 식을 사용하여 빛이 전파 방향으로 모든 물질을 통과할 때 빛의 흡광도(또는 감쇠)를 계산할 수 있다. 흡광도는 입사광과 투과광의 강도의 비율이므로, 단위가 없는 양이다. (식 1) A = log10(Io/I) = ε * l * c 여기서, A :.. 2024. 3. 24.
흡음 계수 (Sound absorption coefficient) 계산 흡음 계수 (Sound absorption coefficient) 는 실제 물질에 흡수된 소리의 세기와 입사된 소리의 세기의 비율이며, 모든 물질의 흡음 특성을 나타내는 수치값이다. 흡음 계수는 α 로 표시하며, 그 값의 범위는 0에서 1까지 이며, 0은 흡수가 없으며 1은 완벽한 흡수체이다. 흡음 계수는 주파수에 따라 달라진다. 즉, 서로 다른 재질이 서로 다른 주파수의 소리를 다양한 정도로 흡수한다는 의미이다. (식 1) α = Ia / Ii 여기서, α : 흡음 계수 Ia : 흡수된 소리 (Absorbed sound)의 강도 (W/m²) Ii : 입사음 (Incident sound)의 강도 (W/m²) 이다. 소리 강도는 일반적으로 W/m2 (제곱미터당 와트) 단위로 표시한다. 일반적인 재료에 대한.. 2024. 3. 23.
연선 케이블 임피던스 (Twisted Pair Cable Impedance) 계산 두 개의 도체를 사용하여 만든 전기 신호 라인인 연선(TP, Twisted Pair) 케이블은 가장 효과적인 신호 전송선으로, 방사 EMI(Radiated EMI, 전자기 간섭)를 줄이고 수신 EMI (Received EMI)의 영향을 완화하기 위해 함께 꼬인 두 개의 전선이다. 연선 케이블의 균형 잡힌 신호는 반대 극성의 EMI를 생성하므로 EMI가 크게 상쇄되며, 이러한 EMI 제거 효과는 도체가 가까이 있을 때 더욱 효과적이다. 연선 케이블의 가장 일반적인 형태는 UTP(Unshielded Twisted Pair)이다. UTP 케이블은 서로 꼬인 절연 보호층이 있는 두 개의 구리선으로 구성되며, 주로 일반 전화 케이블 및 데이터 통신 케이블에 사용된다. 이 때 주어진 연선 케이블의 특성 임피던스를 .. 2024. 3. 21.
동축 임피던스 (Coaxial Cable Impedance) 계산 동축 케이블 (Coaxial Cable)은 평형 2선과 함께 RF 통신에 사용되는 가장 일반적인 유형의 전송선이다. 대부분의 RF 동축 케이블의 임피던스 (Impedance) 는 50 Ohm 또는 75 Ohm이다. 이는 쉽게 사용할 수 있는 케이블의 표준화된 임피던스 값이나, 어떤 경우에는 사용자가 맞춤형 임피던스 값을 요구할 수 있다. 이는 유전체 (Dielectric)와 함께 동축 케이블의 내부 및 외부 직경을 조절하여 달성할 수 있다. 또한, 최대 전력 전달을 위해서 케이블이 부착된 위치 (송신기, 안테나 등)에 케이블의 임피던스를 일치시켜야 하기 때문에 동축 케이블의 특성 임피던스를 알아야 한다. 아래 식으로 동축 케이블의 임피던스, 시간 지연, 인덕턴스 (Inductance) 및 커패시턴스 (정.. 2024. 3. 20.
굴절률 (Refractive Index), 굴절각 (Angle of Refraction) 계산 굴절률 (n, Refractive Index)은 진공에서의 빛의 속도와 밀도가 더 높은 두 번째 매질에서의 빛의 속도의 비율로 계산한 값이다. n은 무차원수이다. 즉, 다른 매질의 굴절률은 진공의 굴절률 값 1을 기준으로 정의된다. 진공에서 빛의 속도는 항상 동일하지만, 빛이 다른 매질을 통과할 때 물질의 원자에 의해 지속적으로 흡수되고 재방출되므로 빛은 더 느리게 이동한다. 따라서 물의 굴절률이 1.33이라는 것은 빛이 물에서 보다 진공에서 1.33배 더 빠르게 이동한다는 것을 의미한다. 굴절률이 n1과 n2로 서로 다른 두 매질이 접하고 있을 때, 두 매질을 통과하는 빛의 경로는 매질 1에서 입사각 θ1과 매질 2에서 굴절각 θ2로 서로 다른 값을 가진다. 이를 스넬의 법칙 (Snell’s Law) .. 2024. 3. 19.
게이지 팩터 (Gauge Factor) 계산 스트레인 게이지(Strain Gauge)는 적용된 힘에 따라 저항이 달라지는 센서로, 외부 힘이 물체에 미치는 영향을 측정하기 위한 계측용 장치이다. 변형률을 직접 측정하여 응력, 토크, 압력, 편향 및 기타 여러 측정값을 간접적으로 결정하는 데 사용할 수 있다. 스트레인에 대한 게이지의 민감도를 정량화하는 스트레인 게이지의 속성이 게이지 팩터 (Gauge Factor)이다. 재료에 힘을 가하면 원래 길이 (L)로부터 길이 변화(ΔL)가 발생하여 원래 저항(R)에서 게이지 저항 변화(ΔR)가 발생한다. 이 때 게이지 팩터는 아래 식과 같이, 기계적 변형률 (Strain)에 대한 전기 저항의 상대적 변화 비율로 정의한다. 저항의 상대적 변화는 원래 저항(R)에 대해 변형으로 인해 발생한 저항 변화(ΔR)의.. 2024. 3. 18.
푸아송 비 (Poisson's Ratio) 공식 및 계산 변형 가능한 물체에 힘이나 응력을 가하면 하중 방향으로 늘어날 뿐만 아니라 측면으로도 변형되는데, 이를 푸아송 비 (ν, Poisson's Ratio)라고 한다. 즉, 하중 방향에 수직인 변형을 측정하는 재료의 기계적 특성이다. 금속, 세라믹 등 대부분의 재료의 경우 푸아송 비는 0~0.5 사이이며 최대값은 0.5이다. 고무와 같은 부드러운 재질의 푸아송 비 값은 0.5에 가까우며, 강철 및 경질 폴리머는 일반적으로 약 0.3의 값을 갖는다. 다공성 재료는 일반적으로 푸아송 비 값이 0에 가깝다. 푸아송 비를 식으로 나타내면 아래와 같다. 즉, 가로축 변형(x 방향)과 세로축 변형(y 방향) 비율의 음수 값이다. (식 1) ν = - ε trans / ε axial 여기서, ν : Poisson's ra.. 2024. 3. 17.
체적탄성 계수 (부피탄성 계수, Bulk Modulus) 공식 및 계산 체적탄성 계수 (Bulk Modulus)는 균일한 압축을 받을 때 고체나 유체의 탄성 특성을 결정하는 상수이다. 전단 계수 (Shear Modulus) , 영률( Young's Modulus) 과 함께 고체의 3대 기계적 성질 중 하나이다. Bulk Modulus 는 재료의 압축성을 측정한 것이므로, 높을수록 재료의 압축성은 낮아짐을 의미한다. 세 가지 물질 상태, 즉 고체, 액체, 기체의 체적탄성 계수는 아래 표와 같다. 외부 힘이 모든 표면에 균일하게 가해지면 물체는 모든 방향으로 압축되며, 이 때 물질의 부피는 Vo에서 V (=Vo+ΔV)로 변화한다. 위의 관계를 식으로 나타내면 아래와 같다. (식 1) ΔP = - K x ΔV/Vo 여기서, K : 재료의 Bulk Modulus, 부피탄성 계수 (.. 2024. 3. 17.
전단 계수 (Shear Modulus) 공식 및 계산 전단 계수 (Shear Modulus)는 재료의 전단 강성으로, 전단 변형률에 대한 전단 응력의 비율이다. 전단 계수의 또 다른 이름은 강성 계수입니다. 전단 계수는 G로 나타내며, SI 단위는 파스칼(Pa) 이다. 전단 계수가 높을수록 동일한 변형을 얻으려면 더 높은 전단 응력을 적용해야 함을 의미한다. 전단 계수에 영향을 미치는 요인은 재료의 등방성과 온도와 압력 등이다. 이방성 재료는 다른 축보다 한 축을 따라 전단에 훨씬 취약하며, 일반적으로 전단 계수는 온도가 상승함에 따라 감소하고, 압력이 증가하면 감소한다. 전단 계수 공식은 아래와 같다. (식 1) τ = Gxy * γxy (식 2) G = τxy / γxy = (F/A) / (Δx/l) = Fl / A Δx 여기서, G : Shear Mo.. 2024. 3. 16.
진응력 (True Stress) 및 진변형률 (True Strain) 계산 아래 그림의 응력-변형률 곡선 (Stress-Strain Curve)은 재료의 시편에 가한 하중과 변형을 측정하여 얻은 그래프이다. 일반적으로 공학에서는 재료 시편의 최초 단면적을 기준으로 계산한 공칭응력 (엔지니어링 응력, S)과 공칭변형률 (엔지니어링 변형률, e)를 사용한다. 그러나, ABAQUS 및 ANSYS와 같은 CAE 도구로 재료의 소성 거동을 계산하기 위해서는 재료의 진응력(σ)/진변형률(ε) 데이터를 필요로 한다. 그러므로, 시험 중 계속 변하는 실제 단면적을 기준으로 진응력/진변형률 값을 계산하여 사용하기도 한다. 진응력이 정확한 의미의 응력이고, 변형이 커질수록 두 값의 차이도 커진다. 진응력/진변형률과 엔지니어링 응력/엔지니어링 변형률 간의 차이는 항복점 이후의 변형률 값이 더 높은.. 2024. 3. 14.

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