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최근 수정 시각 : 2024-05-09 02:13:14

고체역학

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1. 개요2. 내용3. 각종 시험에서의 출제4. 교재

1. 개요

각종 하중을 받는 고체의 내적 탄성응답거동을 다루는 역학의 한 분야이다. 응력텐서, 응력함수 등 고급주제는 탄성학에서, 탄성을 벗어나는 소성영역은 소성역학에서 따로 다루며, 소성영역을 넘어 파손/파괴되는 영역은 또한 파괴역학에서 또 따로 다룬다. 사실상 이쪽 테크트리의 가장 베이스다.

기계공학과에서는 주로 '고체역학' (Solid Mechanics)라고 부르지만 일반기계기사나 기계직 기술고시에는 '재료역학'이라는 이름으로 포함되어 있고[1], 재료공학과(또는 신소재공학과)에서는 주로 '재료역학'(Mechanics of Materials)이라고 부르며, 토목공학과 건축공학과에서는 주로 '응용역학'(Applied Mechanics)이라고 부른다. 세 학과에서 주로 쓰는 교재는 'Gere Mechanics of Materials'[2]이며, 이건 기계과, 재료과, 토목/건축공학과가 모두 똑같다.

기계과나 토목과에서 필수 선수과목은 정역학이다.[3] 학교나 학과에 따라서 고체역학과 정역학을 한 과목으로 합쳐서 같이 공부하는 경우도 있는데, 이럴 경우 학점도 같이 나온다. 정역학과 고체역학을 모두 합쳐서 한 과목으로 배울 경우에는 보통 Hibbeler의 'Statics and Mechanics of Materials' 교재를 사용한다. 정역학이 고체역학의 1~2단원 같은 느낌이다. [4]

여담으로 대학생이라면 다음학기에 배울 유체역학과도 큰 관련이 있다. 고체역학에서 쓰이는 변형률 공식[5]과 아주 유사한 형태로 유체의 변형률을 계산한다. 공대의 여느 과목이 다 그렇듯 하나를 못하면 그 다음에서 고생을 심하게 할 것이니 졸지 않도록 하자.

고체물리학과는 차이가 크다. 이 과목은 대개 물리학과(4학년) 과목이며, 재료과에서는 '재료의 전자기적 성질'(3학년)이라고 개설되고, 기계나 토목과에서 배울 일은 사실상 없다. 고체역학이 고전 물리학의 일종이라면 고체물리학은 현대 물리학의 일종이다.

고체역학은 각 학과의 전공과목들의 기초가 된다.
유튜브에 충북대학교 조해용 교수가 강의한 영상이 있으니 고체역학의 내용이 궁금하다면 한번 들어보자 교재도 자신이 지은 것으로 강의한다.

Gere 책을 사용하는 기계공학도라면 KOCW KMOOC 사이트에 있는 부산대학교 기계공학부 안득만 교수의 고체역학, 응용고체역학 강의를 수강하는 것을 추천한다. Gere 책 번역판의 1 저자이기도 하며 가상일의 원리와 같은 책 개편으로 빠진 내용들도 강의를 한다. 강의 성격상 개념에 대한 증명 위주로 강의하는데 5급 기술고시를 준비하는 학생들도 많이 듣는 강의이므로 예전에 공부를 했으나 개념이 부족한 학생이라면 수강하는 것을 추천한다.

2. 내용

3. 각종 시험에서의 출제

객관식 시험은 이렇다. 7급 9급 시험에는 확실히 차이가 있는데, 7급 시험에는 정정보 해석이 2문제 정도만 나오지만 9급에서는 5문제 가량 나온다. 이 밖에도 일부 공공기관 필기 시험 전형에 전공과목으로 출제되기도 한다.
논술형 시험은 이렇다. 같은 5급 기술직이라도 재료역학과 응용역학 사이에는 출제 관점 차이가 많이 나는 편이다. 예를 들어 토목 쪽에서는 영향선, 라멘구조, 케이블 및 아치, 가상일의 방법, 소성힌지 및 붕괴 메커니즘, 고유진동수(구조동역학) 등이 중요하지만 기계 쪽에서는 안 나온다.[9] 왜냐하면 쓰이는 용도가 다르기 때문에 그렇다. 토목에서도 재료역학을 선택할 수 있지만 그것보다는 응용역학+구조역학을 선택하는 쪽을 더 선호한다는 면에서 두 시험의 차이를 확인할 수 있다. 한때 중등교원임용경쟁시험에 기계공작법, 기계설계 등과 같이 객관식 및 서술형으로 출제된 적이 있었으나 현재는 개편되면서 객관식 시험만 남고 사라졌다.

4. 교재


여담으로, 재료역학 교재는 한자, 가독성만 제외하면 1970년대 판을 봐도 괜찮다. 학부 수준의 내용이 정립된 지 오래이기 때문이다. 오히려 오래되었단 말은 그만큼 정확성이 담보된다는 의미이며 100년, 1000년 후에도 가독성을 제외하면 크게 바뀔 가능성은 낮다. 기술고시생 및 구조기술사 수험생들은 '다양한 내용을 다루며 에너지법 및 소성 굽힘 파트가 탁월하여 기술고시에 유리하다'는 이유로 2020년대 현재까지도 Timoshenko/Gere 2판(1980년대)을 볼 정도다. 헌책을 볼 때는 두 가지를 주의해야 한다. 첫째로는 SI 판이냐 미국 단위계이냐인데, 똑같은 저자 똑같은 판이라도 단위계가 다르면 연습문제가 완전히 달라서 솔루션이 쓸모가 없다.[15] 그런다고 국한문혼용판 材料力學 第2改訂版을 구하자니 중고가가 10만원을 호가하는 가격이 부담될 것이다. 둘째로 1995년 이전에 나온 책들은 한자가 너무 많아 읽기 힘들 것이니 번역기 쓰다 유튜브 켜지 않도록 주의해야 한다.
[1] 일부 기계공학과에서도 재료역학이라고 부른다. [2] Gere의 스승이자 재료역학의 시조라고 할 수 있는 Timoshenko는 처음에는 Strength of materials의 이름으로 출판했다. 그 이후로는 Mechanics of Materials로, Crandall은 Solid mechanics로 따로 불렀는데 현재는 Mechanics of Materials로 학문 이름이 고정되어 있으므로, 엄밀히 말하면 재료역학이 맞는 말이겠으나, 재료역학이라고 하면 재료공학과로 한정되는 느낌이 들기 때문에 바꿔부르는 듯 하다. [3] 재료과의 경우 정역학 없이 그냥 고체역학만 배우는 경우가 있다. [4] 정역학은 크게 어려운 과목은 아니어서 고체부터 들어가도 어느정도 따라갈 수 있다. [5] 전단응력 = 변형률 * 전단계수 [6] 히블러 등에 소개되어 있다. [7] 구조가 복잡해지면 정해가 아닌 근사해가 된다. [8] 2021년까지는 철도차량기사의 제 1과목이기도 했으나, 2022년 필기시험 개편으로 삭제되었다. [9] 가상일의 원리(단위하중법)의 경우 비어, 히블러, 우그랄, 양창현 등에 나와있으며 2021 기술고시 제5문과 같이 문제풀이에 쓰면 인정되기는 한다. [10] 정작 Inelastic axial load, bending, and buckling은 잘만 실어놨으면서 torsion만 빼먹었다(...). [고급] 기초 탄성론을 포함하여 고급 주제를 다룬 책으로 한국어로 번역되지 않았다. [12] 고급 책 중에서는 가장 적절하다고 평가된다. [고급] [고급] [15] 유감이지만 재료역학의 경우 상기한 어떤 저자들도 학생들에게 솔루션을 공개한 적이 없다. 오직 instructor에게만 솔루션이 제공되며, 유체역학과는 달리 어떤 재료역학 교재도 student solutions manual이 발간 된 적이 없다. 물론 요즘엔 비싼 구독료를 내는 Chegg를 활용하거나, 아예 구판의 솔루션의 PDF가 돌아다니는 경우가 있으니 활용해도 좋다.