- 세상의 모든 계산기 수학, 과학, 공학 이야기 공학 ()
볼트 인장강도 vs (파괴) 토크

볼트의 인장강도와 파괴토크 사이의 상관관계
- 인장강도:
- 볼트가 파괴되기 전에 견딜 수 있는 최대 인장 응력을 의미합니다.
- 단위는 보통 MPa(메가파스칼) 또는 psi(평방인치당 파운드)로 표시됩니다.
- 재질에 영향을 받음.
- 파괴토크:
- 볼트가 파괴되기 직전에 적용할 수 있는 최대 회전력을 나타냅니다.
- 단위는 일반적으로 N·m(뉴턴 미터) 또는 ft-lb(피트 파운드)입니다.
- 상관관계:
- 일반적으로 인장강도가 높을수록 파괴토크도 높아집니다.
- 파괴토크는 볼트의 인장강도, 직경, 나사 피치 등 여러 요소에 의해 결정됩니다.
$ T = K \cdot F_i \cdot d $
여기서:
T = 파괴토크 (N·m)
K = 토크 계수 (무차원, 일반적으로 0.1 ~ 0.2 사이의 값, 마찰 계수)
F_i = 볼트의 초기 인장력 (N), 축력
d = 볼트의 공칭 직경 (m)
F_i는 다음과 같이 계산됩니다:
$ F_i = A_t \cdot S_y $
여기서:
A_t = 볼트의 응력 단면적 (m²)
S_y = 볼트 재료의 항복 강도 (Pa)
S_y는 일반적으로 인장강도의 약 60-70%입니다.
주요 포인트는 다음과 같습니다:
- 파괴토크(T)는 볼트의 초기 인장력(F_i)에 직접적으로 비례합니다.
- 초기 인장력(F_i)은 볼트의 응력 단면적(A_t)과 재료의 항복 강도(S_y)에 비례합니다.
- 항복 강도(S_y)는 인장강도와 밀접한 관계가 있습니다.
따라서 인장강도가 높을수록 항복 강도가 높아지고, 이는 더 높은 초기 인장력을 허용하며, 결과적으로 더 높은 파괴토크로 이어집니다.
볼트의 파괴 메커니즘과 힘의 방향에 대해 설명드리겠습니다.
- 볼트의 파괴 부위:
- 일반적으로 볼트가 파괴되는 주요 부위는 다음과 같습니다:
a) 나사산 첫 번째 맞물림 부분 (First engaged thread)
b) 볼트 헤드와 샤프트의 접합부 (Head-to-shank fillet)
c) 나사산이 없는 볼트 몸통 부분 (Shank) - 이 중 가장 흔한 파괴 위치는 나사산 첫 번째 맞물림 부분입니다. 이 지점에서 응력 집중이 가장 크게 발생하기 때문입니다.
- 일반적으로 볼트가 파괴되는 주요 부위는 다음과 같습니다:
- 힘의 방향:
- 인장력 (Tensile force):
- 볼트의 길이 방향으로 작용하는 힘입니다.
- 볼트를 '잡아당기는' 방향으로 작용합니다.
- 토크 (Torque):
- 볼트의 축을 중심으로 회전하는 힘입니다.
- 볼트를 조이거나 풀 때 적용되는 회전력입니다.
- 전단력 (Shear force):
- 볼트의 단면에 수직으로 작용하는 힘입니다.
- 볼트를 '자르는' 방향으로 작용합니다.
- 인장력 (Tensile force):
- 파괴 메커니즘:
- 인장 파괴: 과도한 인장력으로 인해 볼트가 늘어나다 끊어집니다.
- 전단 파괴: 과도한 전단력으로 인해 볼트가 잘립니다.
- 피로 파괴: 반복적인 하중으로 인해 시간이 지나면서 파괴됩니다.
- 나사산 벗겨짐: 과도한 토크로 인해 나사산이 망가집니다.
앞서 논의한 인장강도와 파괴토크의 관계는 주로 인장 파괴와 관련이 있습니다.
토크를 가할 때, 이는 볼트 내부에 복합적인 응력 상태를 만들어냅니다.
과도한 토크는 나사산의 파괴나 볼트 몸통의 비틀림 파괴를 일으킬 수 있습니다.
참고 자료 :
https://www.in-sail.com/ko/0e23bffac4fb/ca3858164953/n-23888-9bd3d864c876
A2-70 A4-80 스테인레스스틸나사의 성능표준 인장력, 회전력 등 계수
https://m.blog.naver.com/scyoon3973/221054186189
14. 볼트의 체결에 요구되는 토오크 (조임 토오크) (Torques Required for Tightening the Bolts) – 2부. 나사 각부의 명칭과 유효 단면적
https://cafe.daum.net/jajelove/3B5k/18?q=D_N5A2_iIHQZo0&
에어공구의 이해 - 제4장 임팩트렌치, 임팩트렌치 카테크 2009년 1월호 등재
댓글1
-
세상의모든계산기
나사산 응력 분포 예시
응력이 나사산에 집중되는 현상을 퍼센트로 나타내는 것은 중요한 공학적 고려사항입니다.
이는 볼트 설계에서 매우 중요한 개념인 "나사산 하중 분포"와 관련이 있습니다.
일반적으로, 볼트 나사산의 응력 분포는 균일하지 않으며, 첫 번째 맞물린 나사산에 가장 큰 하중이 집중됩니다.
이를 대략적인 퍼센트로 나타내면 다음과 같습니다:
볼트 나사산 응력 분포 다이어그램
이 다이어그램은 일반적인 볼트 나사산의 응력 분포를 대략적으로 나타냅니다:

- 첫 번째 맞물린 나사산: 약 34%의 전체 하중
- 두 번째 나사산: 약 28%의 하중
- 세 번째 나사산: 약 20%의 하중
- 네 번째 나사산: 약 12%의 하중
- 다섯 번째 나사산: 약 6%의 하중
나머지 나사산들은 매우 적은 비율의 하중을 분담합니다.
주요 포인트:
- 불균일 분포: 첫 번째 나사산이 전체 하중의 1/3 이상을 감당합니다.
- 급격한 감소: 하중 분담률이 나사산을 따라 급격히 감소합니다.
- 설계 중요성: 이러한 불균일한 분포 때문에 첫 번째 나사산의 강도가 매우 중요합니다.
- 변동 가능성: 이 분포는 볼트의 재질, 나사산 형상, 체결 방법 등에 따라 달라질 수 있습니다.
- 최적화 노력: 엔지니어들은 이러한 불균일한 분포를 완화하기 위해 다양한 설계 기법을 사용합니다 (예: 나사산 형상 최적화, 재료 선택 등).
이러한 응력 집중 현상은 볼트 설계에서 매우 중요하며, 특히 고강도 볼트나 중요한 응용 분야에서는 이를 고려한 세심한 설계가 필요합니다.
세상의모든계산기 님의 최근 댓글
참고 - [공학용 계산기] 로그의 입력 (log, ln) (feat. 밑 입력이 안되는 계산기는?) https://allcalc.org/14995 2025 11.14 HP-39gII 에 ExistOS 설치하기 https://allcalc.org/38526 2025 11.07 1. 왜 검은색이 아닌 다른 색으로 보일까? (제공된 LUT 필터) 제가 제공해 드린 magenta_lens.cube LUT 필터는 540~560nm(녹색-노란색) 파장대의 색상을 '완전히 제거(검은색으로 만듦)'하는 대신, '다른 색상으로 왜곡/변환'하도록 설계되었습니다. * 원리: LUT(Look-Up Table)는 특정 입력 색상(Input RGB)을 미리 정해진 다른 출력 색상(Output RGB)으로 매핑하는 테이블입니다. 이 LUT는 540~560nm에 해당하는 RGB 값들이 들어오면, 검은색(0, 0, 0)이 아닌, 매우 어둡거나 채도가 낮은 특정 색(예: 어두운 올리브색, 갈색 등)으로 변환하라고 지시합니다. * 의도: * 현실적인 물리 필터 시뮬레이션: 실제 고가의 색약 보정 안경도 특정 파장을 100% 완벽하게 차단하지는 못합니다. 빛의 일부를 흡수하고 일부는 통과시키거나 변환하는데, 이 LUT는 그러한 현실 세계의 필터 효과를 더 비슷하게 흉내 냈을 수 있습니다. * 시각적 정보 유지: 특정 색을 완전히 검게 만들면 그 부분의 형태나 질감 정보가 완전히 사라집니다. 하지만 다른 어두운 색으로 대체하면, 색상 정보는 왜곡되더라도 밝기나 형태 정보는 어느 정도 유지되어 전체적인 이미지가 덜 어색하게 보일 수 있습니다. 결론적으로, 스펙트럼 그림에서 해당 대역의 색이 갑자기 '다른 색으로 툭 바뀌는' 현상은, LUT 필터가 "이 파장대의 색은 앞으로 이 색으로 표시해!"라고 강제적으로 지시한 결과이며, 이것이 바로 이 필터가 작동하는 방식 그 자체입니다. 2. 왜 'Color Vision Helper' 앱은 검은색으로 보일까? 비교하신 'Color Vision Helper' 앱은 노치 필터의 원리를 더 이상적(Ideal)이고 교과서적으로 구현했을 가능성이 높습니다. * 원리: "L-콘과 M-콘의 신호가 겹치는 540~560nm 파장의 빛은 '완전히 차단'되어야 한다"는 개념에 매우 충실한 방식입니다. * 구현: 따라서 해당 파장에 해당하는 색상 정보가 들어오면, 어떠한 타협도 없이 그냥 '검은색(RGB 0, 0, 0)'으로 처리해 버립니다. 이는 "이 파장의 빛은 존재하지 않는 것으로 처리하겠다"는 가장 강력하고 직접적인 표현입니다. 2025 11.06 적용사례 4 - 파장 스펙트럼 https://news.samsungdisplay.com/26683 ㄴ (좌) 연속되는 그라데이션 ➡️ (우) 540 이하 | 구분되는 층(색) | 560 이상 - 겹치는 부분, 즉 540~560 nm 에서 색상이 차단? 변형? 된 것을 확인할 수 있음. 그럼 폰에서 Color Vision Helper 앱으로 보면? ㄴ 540~560 nm 대역이 검은 띠로 표시됨. 완전 차단됨을 의미 2025 11.05 빨간 셀로판지로도 이시하라 테스트 같은 숫자 구분에서는 유사한 효과를 낼 수 있다고 합니다. 색상이 다양하다면 빨강이나, 노랑, 주황 등도 테스트해보면 재밌겠네요. 2025 11.05