기계3역학 기초

제 1 편 재료 역학

제1장 역학 기초

1. 단위 12
2. 밀도, 비중량, 비체적, 비중 13
2-1 밀도 13
2-2 비중량 13
2-3 비체적 14
2-4 비중 14
3. 물체의 운동 16
3-1 속도 16
3-2 가속도 16
3-3 원운동과 구심 가속도 17
4. 힘과 모멘트 19
4-1 힘 19
4-2 힘의 합성과 분해 21
4-3 모멘트 23
4-4 질점의 평형 24
5. 일과 동력 26
5-1 일 26
5-2 동력 27
• 연습 문제 29

제2장 응력과 변형률

1. 서 론 30
2. 하중과 응력 30
2-1 하중 30
2-2 응력 32
3. 변형량과 변형률 35
3-1 변형량 35
3-2 변형률 35
4. 응력과 변형률의 관계 38
4-1 하중-변형 선도 38
4-2 응력-변형률 선도 38
5. 훅의 법칙과 탄성계수 40
5-1 훅의 법칙 40
5-2 탄성계수의 종류 40
6. 푸아송의 비와 탄성계수 사이의 관계 42
6-1 푸아송의 비 42
6-2 탄성계수 사이의 관계 43
7. 안전율과 응력집중 45
7-1 허용응력 45
7-2 안전율 45
7-3 사용응력 46
7-4 응력집중 46
8. 조합된 봉의 응력과 변형량 49
8-1 직렬조합 49
8-2 병렬조합 49
9. 균일 단면봉의 자중에 의한 응력과 변형량 51
10. 열응력 52
10-1 신축에 의한 열응력 52
10-2 가열 끼워맞춤에 의한 열응력 54
11. 탄성 에너지 55
11-1 수직하중에 의한 탄성 에너지 56
11-2 전단하중에 의한 탄성 에너지 57
12. 충격 응력 58 13. 압력을 받는 원통 60
13-1 내압을 받는 얇은 원통 60
13-2 내압을 받는 두꺼원 원통 61
13-3 회전하는 얇은 원환 62
• 연습 문제 64

제3장 조합 응력

1. 경사단면에 발생하는 응력 70
2. 2축 응력 73
2-1 법선응력과 전단응력 73
2-2 2축응력에서의 변형률 75
3. 2축 응력과 전단응력의 합성 76
4. 모어의 원 79
• 연습 문제 81

제4장 평면도형의 성질

1. 단면 1차 모멘트와 도심 83
2. 단면 2차 모멘트 86
2-1 단면 2차 모멘트와 평행축의 정리 86
2-2 극관성 모멘트 87
3. 단면계수와 회전 반지름 91
3-1 단면계수 91
3-2 회전 반지름 91
• 연습 문제 93

제5장 비틀림

1. 축의 비틀림 95
1-1 비틀림 응력 95
1-2 비틀림 모멘트 96
1-3 축의 강도와 축지름 97
1-4 축의 전달동력과 축지름 97
1-5 비틀림 각과 Bach의 축공식 98
2. 비틀림에 의한 탄성 에너지 102
3. 원통 코일 스프링의 계산 103
• 연습 문제 107

제6장 보의 전단과 굽힘

1. 지점의 종류 110
1-1 회전지점 110
1-2 이동지점 110
1-3 고정지점 111
2. 보의 종류 111
2-1 정정보 111
2-2 부정정보 112
3. 보의 지점반력 113
3-1 단순보 및 돌출보의 지점반력 114
3-2 외팔보의 지점반력과 지지 모멘트 115
4. 보의 전단력과 굽힘 모멘트 117
4-1 전단력 및 굽힘 모멘트 117
4-2 전단력 선도와 굽힘 모멘트 선도 120
• 연습 문제 131

제7장 보의 응력

1. 보 속의 굽힘응력 135
2. 보 속의 전단응력 140
2-1 직사각형 단면의 전단응력 141
2-2 원형 단면의 전단응력 142
3. 굽힘과 비틀림에 의한 조합응력 144
• 연습 문제 148

제8장 보의 처짐

1. 처짐곡선의 미분 방정식 152
1-1 외팔보의 처짐 154
1-2 단순보의 처짐 156
2. 모멘트 면적법 159
• 연습 문제 164

제9장 기둥

1. 편심하중을 받는 단주 167
2. 장주의 좌굴과 강도 170
2-1 장주의 좌굴 170
2-2 장주의 강도 171
• 연습 문제 175

제 2 편 유체 역학

제1장 유체의 정의와 기본 성질

1. 유체의 정의 및 분류 178
1-1 유체의 정의 178
1-2 유체의 분류 178
2. 유체의 점성 179
2-1 Newton의 점성법칙 180
2-2 점성계수의 차원과 단위 182
3. 이상기체의 상태 방정식 184
4. 유체의 탄성과 압축성 184
4-1 체적 탄성계수와 압축률 184
4-2 이상기체의 체적 탄성계수와 음속 186
5. 표면장력과 모세관 현상 189
5-1 표면장력 189
5-2 모세관 현상 191
• 연습 문제 193

제2장 유체의 정역학

1. 압력 194
1-1 압력의 개요 194
1-2 정지유체 속의 한 점에 대한 압력 194
1-3 정지유체 속의 압력변화 196
1-4 대기압 및 절대압력과 계기압력 198
2. 유체 속에 잠겨 있는 면에 작용하는 힘 207
2-1 수평면에 작용하는 힘 207
2-2 연직면에 작용하는 힘 207
2-3 경사면에 작용하는 힘 208
2-4 곡면에 작용하는 힘 210
3. 부력 및 부양체의 안정 213
3-1 부력 213
3-1 부양체의 안정 214
4. 유체의 상대적 평형 218
4-1 수평방향으로 등가속도 운동을 받는 유체 218
4-2 연직방향으로 등가속도 운동을 받는 유체 219
4-3 등가속도로 외전 운동을 받는 유체 220
•연습 문제 223

제3장 유체 운동의 기초 이론과 에너지 방정식

1. 유체 흐름의 형태 228
1-1 정상류와 비정상류 228
1-2 등속류와 비등속류 229
2. 유선과 유관 230
2-1 유선 230
2-2 유관 230
3. 연속 방정식 231
4. 유동단면에서의 속도분포 233
5. 운동 에너지 방정식 233
5-1 오일러의 운동 방정식 234
5-2 베르누이의 정리 235
6. 운동 에너지의 수정계수 239
7. 베르누이 정리의 응용 240
7-1 용기에서 유체를 유출하는 속도 240
7-2 피토관 241
7-3 벤투리관 241
7-4 펌프 또는 터빈 243
7-5 공동현상과 수격작용 244
• 연습 문제 247

제4장 운동량 방정식과 그 응용

1. 운동량 방정식 251
2. 운동량 방정식의 응용 253
2-1 점차 축소관에 작용하는 힘 253
2-2 곡관에 작용하는 힘 254
2-3 분류가 평판에 작용하는 힘 255
2-4 분류가 곡면판에 작용하는 힘 258
2-5 분류에 의한 추진 260
• 연습 문제 270

제5장 실제유체의 흐름

1. 유체의 유동형태 272
1-1 층류와 난류 272
1-2 레이놀즈수 272
2. 고정된 평판 사이의 층류유동 274
3. 수평원관 속의 층류유동 277
4. 폐수로의 흐름 282
4-1 수평원관 속의 마찰손실 282
4-2 비원형 단면과 속의 마찰손실 285
4-3 관로의 부차적 손실 285
5. 개수로의 흐름 293
5-1 개수로의 흐름 상태 294
5-2 효율적인 수로단면 295
5-3 수력도약 297
• 연습 문제 300

제6장 물체의 주위의 유동

1. 박리와 후류 303
2. 항력과 양력 304
2-1 항력 · 304
2-2 양력 · 307
• 연습 문제 309

제7장 차원해석과 상사법칙

1. 차원해석 310
1-1 유체에 관한 실험식 311
1-2 정리 313
2. 상사법칙 315
2-1 기하학적 상사 315
2-2 운동학적 상사 316
2-3 역학적 상사 316
• 연습 문제 319

제 3 편 열역학

제1장 열역학의 정의와 기초적 사항

1. 열역학의 정의 322
2. 열역학의 기초적 사항 322
2-1 열과 온도의 관계 322
2-2 열역학 제0법칙 322
2-3 계와 동작물질 323
2-4 상태와 상태량 324
2-5 과정과 사이클 324
2-6 온도 325
2-7 열량과 비열 326
• 연습 문제 331

제2장 열역학 제1법칙

1. 에너지 보존의 법칙 332

2. 내부 에너지 333

3. 열역학 제1법칙 334
3-1 밀폐계에 대한 열역학 제1법칙 335
3-2 엔탈피 및 개방계에 대한 열역학 제1법칙 336
3-3 정상 유동과정(개방계)에 대한 일반 에너지식 339
• 연습 문제 342

제3장 이상기체

1. 이상기체의 상태식 344
1-1 보일의 법칙 344
1-2 샤를의 법칙 345
1-3 보일-샤를의 법칙 345
2. 이상기체의 내부 에너지, 엔탈피, 비열 350
3. 이상기체의 상태변화 353
3-1 정적(등적)변화 354
3-2 정압(등압) 변화 355
3-3 정온(등온) 변화 356
3-4 단열 변화 357
3-5 폴리트로픽 변화 361
4. 이상기체의 혼합 370
4-1 Dalton의 법칙 371
4-2 혼합기체의 비중량 372
4-3 혼합기체의 분자량 372
4-4 혼합기체의 기체상수 373
4-5 혼합기체의 비열 374
4-6 혼합기체의 온도 375
• 연습 문제 377

제4장 열역학 제2법칙

1. 열역학 제2법칙 382
2. 사이클과 열효율 383
2-1 사이클 383
2-2 열효율 383
3. 카르노 사이클 387
4. 열역학적 절대온도 389
5. 엔트로피 391
6. 이상기체의 엔트로피 식 396
• 연습 문제 401

제5장 증기

1. 증기의 일반적 성질 403
1-1 정압하에서의 증발 403
1-2 증기의 p - v 선도와 T - S선도 405
2. 증기의 열량적 상태량 406
2-1 액체열 407
2-2 포화증기 407
2-3 과열증기 408
3. 증기표 및 증기선도 412
3-1 증기표 412
3-2 증기선도 412
4. 증기의 상태변화 414
4-1 정적변화 414
4-2 정압변화 416
4-3 등온변화 417
4-4 단열변화 418
4-5 교축 420
• 연습 문제 424

제6장 증기동력 사이클

1. 랭킨사이클 426
2. 재열 사이클 430
3. 재생 사이클 433
4. 재열-재생 사이클 436
5. 2유체 사이클 438
• 연습 문제 440

제7장 가스동력 사이클

1. 내연기관 사이클 441
1-1 오토 사이클 441
1-2 디젤 사이클 446
1-3 사바테 사이클 450
1-4 기본 사이클의 비교 454
2. 가스터빈 사이클 454
2-1 브레이턴 사이클 455
2-2 에릭슨 사이클 457
2-3 스털링 사이클 458
2-4 아트킨슨 사이클 458
2-5 르노아 사이클 459
• 연습 문제 461

제8장 냉동기 사이클

1. 역카르노 사이클 462
2. 공기냉동 사이클 465
3. 증기냉동 사이클 468
4. 냉매 469
5. 냉동능력의 표시방법 470
• 연습 문제 471

부록 1

1. 그리스(희랍) 문자 474
2. 평면의 면적과 도심의 위치 474
3. 각종 단면형의 성질 476
4. 보의 공식집 479
5. 각종 금속재료의 기계적 성질 483
6. 각종 비금속재료의 기계적 성질 484
7. 각종 금속재료의 탄성계수 485
8. 공업재료의 선팽창계수 486
9. 유체의 물리적 성질 487
10. 증기표 489

부록 2

• 연습문제 해답 496

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