볼트 인장강도 vs (파괴) 토크

볼트의 인장강도와 파괴토크 사이의 상관관계

1. 인장강도:
   • 볼트가 파괴되기 전에 견딜 수 있는 최대 인장 응력을 의미합니다.
   • 단위는 보통 MPa(메가파스칼) 또는 psi(평방인치당 파운드)로 표시됩니다.
   • 재질에 영향을 받음.
2. 파괴토크:
   • 볼트가 파괴되기 직전에 적용할 수 있는 최대 회전력을 나타냅니다.
   • 단위는 일반적으로 N·m(뉴턴 미터) 또는 ft-lb(피트 파운드)입니다.
3. 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:

1. 파괴토크(T)는 볼트의 초기 인장력(F_i)에 직접적으로 비례합니다.
2. 초기 인장력(F_i)은 볼트의 응력 단면적(A_t)과 재료의 항복 강도(S_y)에 비례합니다.
3. 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.
 

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볼트의 파괴 메커니즘과 힘의 방향에 대해 설명드리겠습니다.

1. 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.
2. 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.
3. 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.

 

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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