전문가 의견: 노치 효과

Q: 노치 효과는 무엇이며 볼트에 어떠한 영향을 미치는가요?

A: 노치란 일반적으로 부품의 각 단면적의 변화를 의미하며, 드릴 구멍, 홈 또는 단면현상이 변화하면 발생합니다. 노치는 고르지 않은 응력 분포를 만들며 결국 응력 집중에 이르게 하는데 이를 노치 효과라 합니다. 노치 효과는 하중 수용력을 감소시켜 부품 또는 건축물의 기계적 강도를 계산 할 때 결정적인 한계로 작용하게 됩니다. 부품이 인장 응력, 압축응력, 굽힘 응력, 전단 응력 또는 비틀림 응력을 받을 때 특히 노치 효과가 발생합니다. 노치 효과 또는 응력 집중은 초기 고장을 발생시킬 수 있기 때문에 통상적으로 부정적 영향으로 간주됩니다. 부품을 충분할만큼 크게 설계하는 것이 해결방안입니다.

하지만 모든 노치가 부정적인 것은 아닙니다. 나사 밑부분의 변형률 경화나, 예정 파괴점을 만드는 것과 같이 노치로 부품을 강화시킬 수 있습니다. 인장력을 받고 있는 볼트는 노치 효과 때문에 국부적으로 응력 집중을 받습니다. 가로 수축 방지로 특히 연성재료의 경우 노치가 없는 환봉보다 인장 파괴 응력을 최대 20% 더 높일 수 있습니다.

예하중이 가해진 볼트의 나사산에 발생하는 노치 효과는 나사산이 끝나는 부분(run-out)과 하중을 받는 첫번 째 나사산 보다 크지 않는데 이는 결합된 나사산이 노치효과를 줄여주기 때문입니다. 인장력을 받은 볼트는 설계 원칙에 따라 예하중이 가해진 나사산에서 파손됩니다. 나사산의 연성 변형이 보통 조기에 발생하며 곧 파손을 발견할 수 있습니다.

인장 응력 외에도 볼트는 통상 반복 하중을 받게 되며, 이는 볼트의 하중 수용력에 고려되어야 할 중요 요소 입니다. 노치는 높은 노치 응력을 발생시켜 볼트가 진동하중을 전달하지 못하는 이유이기도 해 볼트의 피로 파괴까지 초래할 수 있습니다.