강도 (strength) 와 강성 (stiffness) 의 차이

강도 (strength) 와 강성 (stiffness) 의 차이

기계공학을 전공했다는 많은 사람들이 혼동하는 부분이다. 사실 이 내용은 학부 2학년의 정역학의 가장 기초적인 내용에 해당된다. 

쉽게 설명하면 

강도는 '얼마나 힘을 버티냐' 의 정도이고 

강성은 '얼마나 잘 늘어나냐' 의 (반비례) 정도이다.

보다 쉽게 스프링의 예를 들어 강성을 설명하면

스프링에 10 N의 힘을 가했을 때, 2 mm 가 늘어나면 강성은 10 N / 2 mm = 5 N / mm 가 된다.

스프링에 10 N의 힘을 가했을 때, 5 mm 가 늘어나면 강성은 10 N / 5 mm = 2 N / mm 가 된다.

즉 같은 힘을 가했을 때 더 잘 늘어나면 강성이 작아진다. 강성이 커지면 덜 늘어난다.

보다 쉽게 원형 단면 (단면적을 1 mm^2이라 가정) 을 가진 봉재를 들어 강도를 설명하면

봉재에 10 N의 힘을 가했을 때, 재료가 파단되면 인장 강도는 10 N / 1 mm^2  = 10 MPa 이 된다.

봉재에 5 N의 힘을 가했을 때, 재료가 파단되면 인장 강도는 5 N / 1 mm^2  = 5 MPa 이 된다.

즉 강도가 높을수록 동일형상에서는 더 큰 힘에서 파단이 된다.

보다 구체적으로 설명하면

재질의 강성을 나타내는 값은 탄성계수가 대표적이다. 탄성계수는 응력을 변형율로 나눈값이다. 응력은 힘을 면적으로 나눈 압력과 유사한 개념이며 변형율은 단위 길이당 변형 정도로 표현될 수 있다. 따라서 재질의 탄성계수를 개념적으로 보면 (단위 면적당) 가해진 힘을 (단위 길이당) 변형 길이로 나눈 값이다. 탄성계수이외에도 재질의 강성을 나타내는 횡탄성계수는 탄성계수와 포아송비로 간단히 구해진다. 

재질의 강도를 나타내는 값은 항복강도와 인장강도 두 개가 대표적이며 보통 강도라 하면 인장강도를 말한다. 인장강도는 재료가 버티는 최대 힘을 단면적으로 나눈 값이다. 따라서 강도를 개념적으로 보면 버틸 수 있는 압력 (힘/면적)과 유사하다.