이런 형상의 제작 의뢰가 있었습니다. 긴 원통 한쪽에는 원형 플랜지, 반대쪽에는 사각 판형 연결부가 붙어 있습니다. 완성 형상을 한 덩어리로 보면 어디에서 적층을 시작하고 어떻게 빼내야 할지부터 고민하게 됩니다.
이 부품은 세 파트로 제작한 뒤 본딩으로 조립했습니다. 파이프와 양쪽 연결부를 나누어 보면, 도면에서 복잡하게 보이던 형상이 어떤 제작 단위로 구성되는지 드러납니다.
완성 형상을 제작할 단위로 나누었습니다
조립 전 사진에는 긴 파이프, 짧은 원통형 인서트가 있는 원형 플랜지, 그리고 인서트를 갖춘 사각 연결부가 놓여 있습니다. 전체 외형을 그대로 한 번에 성형하는 대신, 이 세 파트를 각각 제작해 하나의 부품으로 연결했습니다.
사각 연결부는 보는 방향에 따라 형상이 다르게 읽힙니다. 한쪽에서는 파이프 안에 들어갈 원통 부분이 보이고, 반대쪽에서는 직각으로 만나는 판면과 중앙의 원형 부분을 볼 수 있습니다. 두 사진을 함께 놓으면 완성품에서 가려지는 연결부의 구성이 더 잘 보입니다.
원형 플랜지에도 같은 역할의 인서트가 있습니다. 조립 후에는 파이프에 가려지지만, 조립 전에는 연결에 사용할 구간을 직접 볼 수 있습니다.
파이프 안에 들어가는 길이도 설계 치수입니다
이 사례에서는 축방향 하중을 고려해 인서트의 본딩 길이를 정했습니다. 접착제의 전단 물성을 기준으로 계산한 길이입니다. 외관상 적당히 끼워지는 정도를 보고 정한 치수가 아니었습니다.
축방향 힘이 파이프에서 연결부로 전달되는 구간을 생각하면 그 이유를 이해할 수 있습니다. 파이프 내면과 인서트 외면 사이의 접착층이 하중을 전달합니다. 이때 삽입 길이는 접착 면적을 정하는 변수이며, 접착제가 어느 정도의 전단하중을 전달해야 하는지와 연결됩니다.
원리를 설명하는 가장 단순한 출발점은 원통 접착면의 면적입니다. 접착면의 대표 지름을 d, 유효 겹침 길이를 L로 두고 둘레 전체가 접착되어 있다면 면적은 약 πdL입니다. 축하중 N을 이 면적으로 나눈 N/(πdL)은 평균 전단응력에 해당합니다. N을 뉴턴, d와 L을 밀리미터로 넣으면 단위는 N/mm², 즉 MPa입니다.
이 식은 길이와 접착 면적의 관계를 설명하기 위한 단순화입니다. 당시 계산서나 사용 물성값을 재현한 것은 아닙니다. 실제 접착층의 응력이 길이 전체에 균일하다는 뜻도 아닙니다. 원통형 접착 접합부 연구에서도 접착 구간 끝단의 전단 및 박리응력 변화가 다뤄집니다. 접착층 두께와 피착재 강성, 하중 조건까지 포함하면 평균값만으로 설명되지 않는 부분이 생깁니다. Nonlinear Analysis of Bonded Composite Tubular Lap Joints
접착제의 전단 물성 역시 시험 조건과 의미를 확인해 사용해야 합니다. 접착강도와 파손 위치를 다룬 글에서 살펴보듯, 특정 lap shear 시험값을 모든 형상의 접합부에 그대로 옮길 수는 없습니다. 본딩 길이의 계산과 실제 접합부 검증은 서로 연결되어야 합니다.
완성 사진에서 보이지 않는 부분
완성품에서는 파이프와 양쪽 연결부가 이어진 외형이 먼저 보입니다. 하지만 제작 과정에는 형상을 나누는 판단이 있었고, 연결부에는 축방향 하중과 접착제 전단 물성을 바탕으로 본딩 길이를 정하는 판단이 있었습니다.
이 사진들은 형상 제작과 조립이 완료된 모습을 보여줍니다. 하중시험 결과를 대신하는 자료는 아닙니다. 여기서 전달하고 싶은 것은 복잡한 형상을 바라볼 때 완성 외형과 제작 단위를 구별하고, 분할한 뒤에는 그 경계를 통해 하중이 어떻게 전달되는지까지 설계해야 한다는 점입니다.
파이프 안에 들어가 보이지 않게 된 길이에도 설계 이유가 남아 있습니다.