재료공학실습

본서는 기본적으로 수학의 아주 기초적인 수준만으로도 재료공학실습을 수행할 수 있도록 구성하였습니다. 이를 위해 1장에서는 공업역학 및 재료역학 실습에 필요한 기초 수학을 설명하였습니다. 또한 재료의 종류와 역학의 기초적인 내용을 1장의 하반부에 다루어 이론과 실습을 검증하는 데 지장이 없도록 하였습니다. 2장에서는 분포력 문제를 다루고 있으며 특히 무게중심을 구하는 방법으로써 이론적, 실험적 접근 방법을 모두 소개한 뒤 두 가지 접근 방법을 통해 얻은 결과를 서로 비교하여 분석할 수 있도록 서술하였습니다. 3장에서는 우리 주위에서 많이 볼 수 있는 스프링의 기본 원리와 실제 사례에 대해 서술하였고, 인장/압축/고무 스프링에 대하여 스프링 상수를 구하는 실습을 통하여 각 스프링의 특성을 분석할 수 있도록 구성하였습니다. 4-5장에서는 마찰의 기본 원리에 대하여 서술하였고, 경사면 마찰과 건조/유체마찰에 대한 실습을 통하여 각각의 특성을 비교, 분석할 수 있도록 구성하였습니다. 6-7장에서는 재료의 경도와 경도계의 종류에 대하여 서술하였고, 다양한 재료의 경도를 계측하는 실습을 수행한 후 그 결과를 비교, 검토하는 과정을 설명하였습니다. 또한 철강 재료의 열처리 실습을 통하여 재료의 표면에서 일어나는 경도 변화를 관찰할 수 있도록 구성하였습니다.
8-10장에서는 재료시험의 기초가 되는 인장시험에 대한 이론적 배경과 원리에 대하여 서술하였고, 이를 바탕으로 금속 및 고분자 자료에 대한 하중-변형량 곡선과 응력-변형율 곡선을 얻을 수 있는 인장시험에 대하여 설명한 후 실습하는 과정에 대하여 설명하였습니다. 11장에서는 비틀림 하중이 가해지는 빔(shaft) 구조물과 비틀림 응력에 대하여 서술한 다음, 비틀림 전단탄성계수를 구하는 실습 과정을 설명한 후 그 결과에 대하여 고찰하는 방법을 소개하였습니다. 12장에서는 기둥 구조물의 사례를 들고 기둥의 좌굴 현상에 대하여 서술하였으며 기둥의 좌굴 하중과 좌굴 응력을 계산하는 이론적 방법과 실습 방법을 설명한 후 실습을 통하여 그 결과값을 비교할 수 있도록 구성하였습니다. 13장에서는 굽힘하중이 가해지는 보(beam) 구조물의 특징에 대하여 서술하였고, 지지점 반력, 굽힘 응력, 변형율을 구하는 과정에 대하여 설명하였고, 굽힘 실험장치를 이용하여 지지점 반력, 굽힘응력, 굽힘 변형율을 구하는 방법을 소개하였습니다.


각 장에서는 해당 장에서 배우는 내용의 기초 개념을 간단히 설명한 뒤 일상생활에서 관찰할 수 있는 실제 사례를 소개하였습니다. 그런 다음에는 예제 문제를 통해 해당 개념이 어떻게 적용될 수 있는지 학습자 스스로 응용할 수 있도록 하였으며, 각 장에서 이론적으로 학습한 내용을 실습을 통해 검증하는 절차를 소개하였을 뿐 아니라, 실습 결과를 보고서에 담을 수 있도록 실습보고서 양식을 제공하였습니다.


결과적으로 본 교재는 기계공학도가 공업역학과 재료역학에서 만나게 되는 문제에 대하여 이론적 방법뿐 아니라 실습을 통해 해결할 수 있도록 저술되었습니다. 실습 장비는 쉽게 만들 수 있거나 구매하기 어렵지 않은 장치를 활용하였고, 기업 실무에서 만나는 문제를 이론 역학적 방법과 실험 실습을 통해 해결할 수 있는 다양한 방법을 제공하고 있습니다.
모쪼록 저자가 저술한 의도에 맞게 본서가 기계공학도 학생들과 재직자들이 공업역학과 재료역학의 문제를 합리적으로 해결하는 데 도움이 될 수 있기를 바랍니다.

1장 재료공학 기초
1.1 기초 수학
1.2 재료의 종류
1.3 역학의 역사
1.4 힘의 분해와 합성
1.5 힘과 모멘트
1.6 구조문과 지지점의 종류
1.7 자유물체도
1.8 평형조건


2장 분포력 문제
2.1 선 및 면 중심
2.2 무게 중심 실습


3장 스프링
3.1 스프링의 정의와 종류
3.2 스프링 상수
3.3 스프링 상수 계측 실습


4장 마찰력
4.1 쿨롱의 법칙
4.2 마찰력의 크기와 방향
4.3 경사면 마찰
4.4 경사면 마찰 계측 실습


5장 마찰의 종류
5.1 건조마찰
5.2 유체마찰
5.3 건조 및 유체마찰 실습


6장 재료의 경도
6.1 경도의 정의
6.2 경도계의 종류
6.3 플라스틱과 고무의 경도 계측 실습


7장 열처리와 금속의 경도
7.1 금속의 열처리
7.2 열처리의 종류
7.3 철강의 열처리 및 경도 계측 실습


8장 인장시험
8.1 재료의 종류
8.2 재료시험법
8.3 휴대용 인장시험기 실습

9장 금속의 인장시험
9.1 응력
9.2 변형율
9.3 만능재료시험기 인장시험 실습


10장 고분자 재료의 인장시험
10.1 응력-변형율 곡선
10.2 후크의 법칙
10.3 플라스틱-고무 인장시험 실습


11장 비틀림 하중
11.1 비틀림 하중과 구조물
11.2 비틀림 전단응력
11.3 비틀림 탄성계수 계측 실습


12장 기둥과 좌굴 현상
12.1 기둥의 안정성
12.2 좌굴 하중
12.3 좌굴응력과 세장비
12.4 기둥의 좌굴하중 계측 실습


13장 굽힘하중과 보
13.1 보의 정의
13.2 보의 지지점
13.3 굽힘하중
13.4 지지점 반력 계산
13.5 굽힘하중 실습

신금철 -2003. 8 : 한국과학기술원(KAIST) 공학박사 학위 취득
-2003. 9 ~ 2004. 9 : 미국 Northwestern University 연구원 재직
-2004. 9 ~ 2005. 7 : 한국과학기술원 기계기술연구소 연구원 재직
-2005. 7 ~ 2009. 2 : 현대자동차 기술연구소 선임연구원 재직
-2009. 3 ~ : 신안산대학교 기계과 교수 재직 중