전단응력과 변형률 (Shear Stress and Strain)
축하중에 의한 수직응력 (normal stress)과는 다르게 면에 접하거나 평향하게 작용하는 전단응력(shear stress) 으로 알려진 응력 을 생각해 본다. 전단응력이 존재하는 실용적인 예를 들어 그림 1a와 같은 볼트 연결을 생각한다. 이 연결은 평판 A, U형 고리 C 및 평판과 고리를 관통하는 볼트 B로 구성된다. 인장하중 P의 작용으로 평판과 고리는 지지된 상태로 볼트를 누르게 되고, 측압응력(bearing stress) 이라 부르는 접촉응력(contact stress)이 볼트에 대해 발생한다. 볼트의 자유물체도(그림 1b)는 이 측압응력을 보여준다. 볼트에 대한 측압응력의 실제 분포는 결정하기 어려우므로 응력이 균일하게 분포하는 것으로 단순화 하였다. 균일분포의 가정하에 전체 힘을 측압면적으로 나누어 평균 측압응력을 계산할 수 있다. 이 면적은 측압 곡면을 투영한 것으로 이 경우는 사각형이 된다. 그림 1. 직접 전단을 받는 볼트 그림 1b의 자유물체도는 단면 mn과 pq를 따라 볼트를 전단하려는 경향이 있음을 보여준다. 자유물체도의 mnpq 부위(그림 1c)로부터 전단력(shear force) V는 볼트의 절단면에 걸쳐 작용해야 함을 알 수 있다. 본 예에서 각 전단력 V는 P/2와 같다. 이 전단력들은 사실 볼트의 단면에 걸쳐 분포된 전단응력의 합력(resultants)들이다. 단면 mn 상의 전단응력들이 그림 1d에 작은 화살표들로 보여지고 있다. 이 응력들의 정확한 분포는 알 수 없지만 중앙부근이 가장 높으며 외각 어딘가에서 영이 될 것이다. 전단응력은 통상 그리스 문자 τ(tau)로 표시한다. 볼트 단면의 평균 전단응력은 전체 전단력 V를 그것이 작용하는 면적 A로 나누어 구한다. \[\tau={V\over A}\] 그림 1의 예에서 전단력은 P/2 이고 면적 A는 볼트의 단면적이 된다. 이 식으로부터 전단응력은 수직응력처럼 힘의 강도 또는 단위면적 당 힘을 나타낸다. 따라서 전단응력의 단위 는 수직응력과 같이 USCS 단위