전단중심 (Shear Center)

한 줄 정의: 이 점을 지나도록 횡하중을 걸면 단면이 비틀리지 않는 기준점입니다.

쉽게 풀면

ㄷ자 채널 같은 비대칭 단면 보를 옆에서 누르면 휘기만 하는 것이 아니라 함께 비틀립니다. 그런데 하중 작용선을 단면의 특정 한 점을 지나게 맞추면 비틀림이 사라집니다. 그 점이 전단중심입니다. 단면에 흐르는 전단흐름이 만드는 비틀림 모멘트가 서로 상쇄되는 위치라고 생각하면 됩니다.

왜 중요한가

얇은 개단면을 쓰는 항공기 구조, 자동차 프레임, 경량 형강 구조에서 전단중심을 벗어난 하중은 예상치 못한 비틀림과 큰 응력을 만듭니다. 그래서 보 해석에서 굽힘과 비틀림을 분리하려면 전단중심을 먼저 찾아야 합니다.

논문에서는 이렇게 쓰입니다

"채널 단면의 전단중심이 도심 바깥에 위치하여 하중 편심에 의한 비틀림 응력을 별도로 고려하였다."

단면의 무게중심과 전단중심이 다르기 때문에 비틀림을 따로 계산했다는 뜻입니다.

조금 더 깊게 보면

전단중심 위치는 단면 형상만으로 결정되며 하중 크기와는 무관합니다. 두 개의 대칭축이 있는 단면(원형, I형 등)에서는 전단중심이 도심과 일치하지만, 채널·앵글·Z형 같은 단면에서는 도심 바깥으로 벗어나기도 합니다. 얇은 개단면에서는 전단흐름 분포를 적분해 비틀림 모멘트가 0이 되는 지점을 구하는 방식으로 계산합니다. 앵글이나 T형처럼 두 판이 한 점에서 만나는 단면은 그 교점이 전단중심이 됩니다.

주의할 점

도심(면적의 중심)과 전단중심은 전혀 다른 개념이며, 굽힘 계산은 도심을 기준으로 하고 비틀림 판단은 전단중심을 기준으로 합니다. 비틀림 강성은 비틀림에 저항하는 능력이고, 전단중심은 비틀림이 생기느냐 마느냐를 가르는 위치 정보입니다.