강도(strength)와 강성(stiffness)

항공기 구조설계 및 해석 분야에서 강도(strength)와 강성(stiffness)은 중요한 기계적 특성으로, 구조물의 거동과 설계 기준에 직결되므로 그 개념과 차이를 정확히 이해하는 것이 중요하다.

강도(strength)는 재료 또는 구조물이 파손되기 전까지 견딜 수 있는 최대 하중 또는 응력을 의미한다. 일반적으로 항복강도(yield strength), 인장강도(tensile strength), 압축강도(compressive strength) 등으로 구분되며, 파손 안전성을 결정짓는 핵심 지표이다. 항공기 구조물 설계에서는 극한하중(Ultimate Load) 조건을 만족하는 것이 강도 설계의 핵심이며, 주요 해석 기준으로는 허용응력법(Allowable Stress Design)이나 항복기준(Yield Criteria)이 활용된다.

강성(stiffness)은 구조물이 하중에 저항하여 변형되는 정도를 나타내는 특성이다. 일반적으로 단위 하중당 변위량을 통해 표현되며, 단위는 N/m 또는 N/mm 등 이다. 이는 구조물의 변형 정도(Displacement, Deflection)나 변형률(Strain)을 예측하는 데 필수적인 요소이다. 항공기에서는 조종면의 굽힘(bending), 비틀림(torsion) 그리고 공탄성 해석 등에서 강성 확보가 중요하다. 과도한 변형은 기능적 결함이나 진동 및 공탄성 문제를 유발할 수 있으므로, 하중은 작더라도 강성 확보가 요구되는 사례가 많다.

정리하면, 강도는 ‘파손 여부’와 관련된 안전성 지표이며, 강성은 ‘변형 크기’와 관련된 기능성 지표라고 할 수 있다. 항공기 구조설계에서는 이 두 요소를 동시에 고려하여야 한다. 예를 들어 항공기 날개는 충분한 강도를 확보함과 동시에 비행 중 처짐(deflection)이 허용 범위를 초과하지 않도록 강성 설계가 병행되어야 한다.

강도는 구조물의 '최대 응력 한계'를, 강성은 구조물의 '변형 저항성'을 의미하며, 둘은 상호보완적으로 적용되어 항공기 구조물의 안전성과 성능을 함께 확보하게 된다.