뒤틀림 비틀림 (Warping Torsion)
한 줄 정의: 단면의 축방향 뒤틀림이 구속될 때 추가로 생기는 비틀림 저항 성분입니다.
쉽게 풀면
가느다란 개단면 부재를 비틀면 단면이 평평하게 남지 않고 축방향으로 울렁이며 휘어집니다. 이것을 뒤틀림(워핑)이라고 합니다. 한쪽 끝을 고정해 이 울렁임을 막으면 단면에 축방향 수직응력이 생기고, 그만큼 비틀림에 더 잘 버티게 됩니다. 이 추가 저항이 뒤틀림 비틀림입니다.
왜 중요한가
I형강이나 채널처럼 얇은 개단면을 쓰는 구조에서는 순수 비틀림 저항만으로 계산하면 변형을 크게 과대평가합니다. 또한 횡비틀림좌굴 해석의 기본 식에 뒤틀림 상수가 직접 들어가기 때문에, 경량 구조 설계에서 빠뜨릴 수 없는 항입니다.
논문에서는 이렇게 쓰입니다
"고정단에서의 뒤틀림 구속을 고려하자 예측 비틀림각이 자유 비틀림 해석 대비 크게 감소하였다."
끝을 잡아 두면 단면이 덜 비틀린다는 것을 계산으로 확인한 문장입니다.
조금 더 깊게 보면
고전적으로 비틀림 저항은 단면이 자유롭게 뒤틀리는 생브낭 비틀림 성분과, 뒤틀림이 구속되어 생기는 뒤틀림 비틀림 성분의 합으로 나눕니다. 각 성분의 비중은 단면의 뒤틀림 상수와 비틀림 상수, 부재 길이로 정해지는 무차원 계수로 판단합니다. 폐단면(원관, 박스)은 뒤틀림이 거의 없어 생브낭 성분이 지배하지만, 개단면은 뒤틀림 성분이 지배하는 경우가 많습니다. 뒤틀림에 의해 생기는 수직응력을 바이모멘트로 표현해 다루기도 합니다.
주의할 점
단순한 원형 축의 비틀림 공식은 뒤틀림이 없는 경우에만 맞고, 개단면에는 그대로 쓸 수 없습니다. 비틀림 강성이 단면의 전체 비틀림 저항을 뜻한다면, 이 항목은 그중 뒤틀림 구속에서 나오는 부분만을 가리킵니다.