[학부 세미나] 10/16(금) 장용훈 교수(연세대학교 기계공학과) "우리는 정말 서로 닿아 있을까? (이상한 접촉 현상)"

기계공학부 구성원들의 많은 관심과 참여 부탁드립니다.

▣ 제 목: 우리는 정말 서로 닿아 있을까? (이상한 접촉 현상)

▣ 연 사: 장용훈 교수

▣ 소 속: 연세대학교 기계공학과

▣ 일 시: 2026. 10. 16.(Fri) 16:00

▣ 장 소: 제2공학관 B040호

▣ 초 록

기계 시스템에서 두 물체의 접촉은 단순히 두 표면이 맞닿는 기하학적 경계조건으로 이해되기 쉽지만, 실제 접촉은 표면 거칠기, 재료 변형, 접착, 마찰, 열 및 전기적 효과에 의해 지속적으로 형성되고 변화하는 복합적인 상태이다. 본 강의에서는 학부생을 대상으로 눈에 보이는 접촉과 실제 접촉의 차이를 출발점으로 하여, 접촉역학에서 나타나는 여러 직관에 반하는 현상을 물리적으로 설명한다. 특히 접촉을 단순한 경계조건이 아니라 하중과 환경에 따라 변화하는 상태로 이해하는 것을 주요 목표로 한다.

먼저 실제 표면에서는 거칠기 때문에 겉보기 접촉면 전체가 아니라 일부 asperity에서만 하중이 전달되며, 실제 접촉면적은 관찰 스케일에 따라 달라지는 다중스케일 특성을 갖는다. 이어서 접착력이 존재할 경우 외부 압축하중이 없어도 접촉이 유지되고 경우에 따라 인장하중도 전달할 수 있음을 살펴본다. 또한 접선하중이 작용하는 접촉에서는 거시적으로 두 물체가 정지해 있더라도 접촉면 내부에 stick과 slip 영역이 공존하는 부분 미끄럼이 발생하며, 이러한 microslip이 fretting wear와 fretting fatigue로 이어질 수 있음을 설명한다. 나아가 마찰은 단순히 운동을 저지하는 힘이 아니라 stick–slip과 같은 진동과 불안정을 유발할 수 있으며, 반복하중 아래에서는 frictional shakedown과 같이 새로운 안정상태를 형성하기도 한다. 마지막으로 전기접촉에서는 실제 미세접촉점이 전류경로와 접촉저항을 결정하고, 이로 인해 발생한 Joule heating이 열팽창과 재료 연화를 통해 다시 접촉상태를 변화시키는 기계–전기–열 연성 현상을 다룬다.

이러한 사례들을 통해 접촉은 고정된 면이나 단순한 하중전달 조건이 아니라, 스케일, 하중, 마찰, 접착 및 다중물리 효과가 상호작용하며 진화하는 동적인 물리 상태임을 강조한다.