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체적 탄성계수 (bulk modulus)

물체의 부피변화에 저항하려는 강성(stiffness)을 특별히 그 물체의 체적 탄성계수라고 부른다. 고무풍선을 물 속에 넣으면 눈으로 관찰할 수 있을 만큼 그 부피가 줄어들지만 금속과 같은 재질로 만든 물체를 물 속에 넣으면 부피의 변화를 거의 관찰하기 힘들다. 이것은 고무풍선 내부에 채워져 있는 공기의 체적 탄성계수가 금속의 체적 탄성계수보다 낮기 때문이다.

임의 물체의 체적 탄성계수는 역학적으로 그 물체의 체적변화로 그 물체에 작용하는 정수압(hydrodynamic pressure)을 나눈 비율로 정의된다. 따라서 체적 탄성계수는 [하중]/[면적]의 단위(unit)를 가진다. 만일 물체가 부피 변화가 전혀 없는 비압축성(incompressible) 물체라고 한다면 이 물체의 체적 탄성계수는 무한대이다. 대표적인 비압축성 물질로 고무를 들 수가 있다.

이러한 비압축성 물질의 거동을 유한요소법(finite element method)으로 해석하는 경우, 잠김현상(locking phenomenon)이라 불리는 수치해석 상의 특수성으로 해석의 정확도를 확보하기가 대단히 어렵다. 이것을 해결하기 위해 몇 가지 특수한 수치기법(numerical technique)들이 소개되어 있는데, 가장 대표적인 기법으로 벌칙기법(penalty method), 라그랑지 승수법(Lagrange multiplier method), 그리고 u-p 혼합기법(u-p mixed method) 등이 있다.

                        

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