개요
합성 부재는 성질이 다른 재료를 함께 사용하여 하중을 전달하는 부재다. 축방향으로 나란히 배치된 재료들이 완전히 부착되어 함께 변형하는 이상화 모형에서는 각 재료의 축변형률이 같고, 재료별 축력의 합이 외부 축력과 평형을 이룬다.
평형과 적합 조건
두 재료의 단면적을 A₁, A₂, 탄성계수를 E₁, E₂라 하면 선형 탄성 범위에서 σ₁/E₁ = σ₂/E₂ = ε이다. 따라서 P = σ₁A₁ + σ₂A₂ = ε(E₁A₁ + E₂A₂)이다. 단면적만이 아니라 탄성계수와 단면적의 곱이 하중 분담에 영향을 준다.
환산 단면
두 번째 재료의 탄성계수를 첫 번째 재료와 비교한 비를 n = E₂/E₁이라 하면, P = σ₁(A₁ + nA₂)로 쓸 수 있다. 괄호 안의 값은 첫 번째 재료를 기준으로 한 환산 단면적이다. 각 면적은 서로 겹치지 않는 실제 재료의 면적이어야 하며, 전체 외곽 단면적과 특정 재료만의 순단면적을 구별한다.
모형의 적용 범위
공통 변형률은 부착과 하중 전달 조건에 관한 가정이다. 재료 사이에 미끄러짐이 있거나 좌굴, 균열, 소성변형이 지배하면 이 단순 관계만으로 내하력을 정할 수 없다. 또한 한 재료의 허용응력에 도달하기 전에 다른 재료의 한계가 먼저 나타나는지 검토해야 한다.