비틀림(Torsion) -개요

 비틀림(Torsion)이란 축을 중심으로 회전을 발생시키는 우력(couples)을 받는 봉(member)의 휨을 말한다. 이러한 형태의 하중은 두 쌍의 힘들이 작용하고 끝단이 고정된 직선 원축을 보여주는 아래 그림 a에 도시하였다. 각 쌍의 힘들은 우력을 형성하며 종축을 중심으로 비틀려는 경향이 있다. 우력의 모멘트(moment)는 힘과 하중들의 작용선 간의 거리의 곱이다. 따라서 첫번째 우력은 모멘트 \(T_1=P_1d_1\) 그리고 두번째는 모멘트 \(T_2=P_2d_2\) 이다.

 우력의 모멘트를 표시하는데 있어 편의상 벡터를 사용하여 이중머리 화살표로 표시하기로 한다(그림 b). 화살표는 우력이 포함된 면에 수직이며 우력의 방향은 모멘트 벡터의 오른손 법칙을 따른다. 또 다른 표현은 비틀림 방향에 따라 곡선 화살표를 사용하는 것이다(그림 c). 위의 그림 \(T_1\)과 \(T_2\) 같이 축의 비틀림을 발생시키는 우력을 토오크(torques), 비틀림 우력(twisting couples) 또는 비틀림 모멘트(twisting moments)라 불리운다.

 비틀림을 받는 원축의 예로는 기계류의 차축(axle)과 구동축(drive shaft) 이다. 또한 항공기 등에서 볼 수 있는 박육관(thin-walled tubular members)도 생각할 수 있다.