2021년 서울시 9급 기계일반 제1회 보훈청추천 A책형 기출문제 풀이

2021 9급 서울시 기계일반 제1회 보훈청추천 A책형

기계일반 기출문제 풀이 · AI 보조 해설

2021 9급 서울시 기계일반 제1회 보훈청추천 A책형 썸네일
Q01
문항 목록

열기관(엔진)의 특성에 대한 설명으로 가장 옳지 않은 것은?

  • 디젤사이클의 열공급과정은 정압과정이다.
  • 압축비를 올리면 디젤사이클의 효율은 증가한다.
  • 가솔린기관의 압축비는 20이상이다.
  • 압력비를 높이면 브레이튼 사이클의 효율이 증가한다.
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정답 ③ 가솔린기관의 압축비는 20이상이다.

가솔린기관은 압축 중에 연료와 공기가 함께 압축되므로 압축비를 너무 높이면 노킹이 생겨 보통 8~12 정도로 제한하고, 공기만 압축하는 디젤기관이 15~22 정도의 높은 압축비를 씁니다. 디젤사이클은 정압가열이고 압축비가 클수록 효율이 오르며, 브레이튼 사이클 효율 η = 1 - (1/γp)^((k-1)/k) 도 압력비가 커지면 높아집니다. 따라서 ③입니다.

키워드 # 열역학 # 디젤사이클 # 오토사이클 # 압축비 # 브레이튼사이클


Q02
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이상적인 증기압축식 냉동사이클에서 압력이 일정하고 엔탈피가 감소하는 과정이 일어나는 장치는?

  • 팽창밸브
  • 증발기
  • 응축기
  • 압축기
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정답 ③ 응축기

이상적인 증기압축식 냉동사이클은 압축기(단열압축) → 응축기(정압방열) → 팽창밸브(등엔탈피 교축) → 증발기(정압흡열)의 네 과정으로 이루어집니다. 압력이 일정하면서 엔탈피가 줄어드는 과정은 고온·고압 냉매가 열을 방출하며 응축되는 응축기뿐입니다. 따라서 ③입니다.

키워드 # 열역학 # 증기압축냉동사이클 # 응축기 # 교축과정 # 엔탈피


Q03
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선반에서 원형봉을 절삭할 때 발생되는 절삭저항의 3분력을 나열한 것으로 가장 옳은 것은?

  • 표면분력 – 이송분력 – 주분력
  • 주분력 – 배분력 – 이송분력
  • 이송분력 – 표면분력 – 배분력
  • 주분력 – 배분력 – 표면분력
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정답 ② 주분력 – 배분력 – 이송분력

선반 절삭에서 공구에 걸리는 절삭저항은 절삭속도 방향의 주분력, 공구를 뒤로 밀어내는 반경 방향의 배분력, 이송 방향의 이송분력 세 성분으로 나눕니다. 크기는 대체로 주분력 : 배분력 : 이송분력 ≒ 10 : 2~4 : 1~2 로 주분력이 가장 큽니다. “표면분력”이라는 분력은 없습니다. 따라서 ②입니다.

키워드 # 기계공작법 # 선반 # 절삭저항 # 주분력 # 배분력 # 이송분력


Q04
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카르노 열기관(Carnot cycle)이 일정한 온도의 열원 500[K]와 400[K]사이에서 작동한다. 500[K]고온으로부터 사이클당 100[kJ]의 열을 받는다면 사이클당 생산하는 일의 값[kJ]은?

  • 20
  • 30
  • 40
  • 50
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정답 ① 20

카르노 사이클의 열효율은 열원의 절대온도만으로 정해져 η = 1 - TL/TH입니다. TH = 500 K, TL = 400 K이므로 η = 1 - 400/500 = 0.2입니다. 고온에서 100 kJ을 받으므로 한 사이클당 생산하는 일은 W = ηQH = 100 × 0.2 = 20 kJ이고, 나머지 80 kJ은 저온 열원으로 버려집니다. 따라서 ①입니다.

키워드 # 열역학 # 카르노사이클 # 열효율 # 절대온도 # 일량계산


Q05
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면장갑을 사용해도 되는 작업은?

  • 밀링 작업
  • 선반 작업
  • 용접 작업
  • 드릴링 작업
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정답 ③ 용접 작업

선반·밀링·드릴링처럼 공구나 공작물이 회전하는 작업에서는 면장갑이 회전부에 말려 들어가 손이 함께 끌려 들어가는 대형 사고가 나므로 장갑을 끼지 않는 것이 원칙입니다. 반면 용접은 회전부가 없고 고열·스패터·아크광선에서 손을 보호해야 하므로 가죽장갑이나 면장갑을 반드시 착용합니다. 따라서 ③입니다.

키워드 # 기계공작법 # 안전수칙 # 보호구 # 회전기계 # 용접작업


Q06
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황동(brass)의 주요 성분으로 옳은 것은?

  • 구리(Cu)+주석(Sn)
  • 구리(Cu)+인(P)
  • 구리(Cu)+규소(Si)
  • 구리(Cu)+아연(Zn)
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정답 ④ 구리(Cu)+아연(Zn)

황동(brass)은 구리(Cu)에 아연(Zn)을 넣은 합금으로 우리말로는 놋쇠라고 합니다. 아연 30% 정도인 7:3 황동은 연성이 좋아 딥드로잉에, 아연 40% 정도인 6:4 황동(문츠메탈)은 강도가 높아 판재·봉재에 쓰입니다. 구리에 주석을 넣은 것은 청동(bronze)으로 구분합니다. 따라서 ④입니다.

키워드 # 기계재료 # 황동 # 구리합금 # 아연 # 청동


Q07
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압입자의 꼭지각이 136°인 피라미드형 다이아몬드를 사용하며 시험편을 눌러 시험편에 생긴 오목부의 표면적으로 단단한 정도를 측정하는 시험방법은?

  • 비커스 경도
  • 로크웰 경도
  • 브리넬 경도
  • 쇼어 경도
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정답 ① 비커스 경도

비커스 경도(HV)는 마주 보는 면이 이루는 꼭지각이 136°인 다이아몬드 사각뿔 압입자를 눌러 생긴 자국의 대각선 길이를 재고, 그것으로 계산한 오목부 표면적으로 하중을 나눈 값입니다. 압입자가 하나여서 연한 재료부터 아주 단단한 재료까지 같은 척도로 잴 수 있습니다. 강구 압입자를 쓰는 브리넬, 깊이차를 읽는 로크웰, 반발 높이를 보는 쇼어와 구분됩니다. 따라서 ①입니다.

키워드 # 기계재료 # 경도시험 # 비커스경도 # 압입자 # 브리넬경도


Q08
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공작기계 중 공구가 회전운동을 하지 않는 것은?

  • 평면연삭기
  • 밀링 머신
  • 드릴링 머신
  • 선반
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정답 ④ 선반

공작기계는 절삭운동을 공구가 하느냐 공작물이 하느냐로 나눌 수 있습니다. 연삭기의 숫돌, 밀링의 커터, 드릴링의 드릴은 모두 공구가 회전하면서 절삭합니다. 반면 선반은 척에 물린 공작물이 주축과 함께 회전하고 바이트는 회전 없이 이송과 절입만 하므로 공구가 회전운동을 하지 않습니다. 따라서 ④입니다.

키워드 # 기계공작법 # 공작기계 # 선반 # 절삭운동 # 주축


Q09
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표면장력과 관성력의 상대적인 크기를 나타내는 무차원 수는?

  • Froude 수
  • Weber 수
  • Reynolds 수
  • Grashof 수
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정답 ② Weber 수

웨버(Weber) 수는 We = ρv²L/σ 로 정의되며 관성력을 표면장력으로 나눈 무차원수입니다. 액적 분열, 분무, 기포 거동처럼 표면장력이 지배적인 유동에서 쓰입니다. 프루드 수는 관성력/중력, 레이놀즈 수는 관성력/점성력, 그라쇼프 수는 부력/점성력의 비입니다. 따라서 ②입니다.

키워드 # 유체역학 # 무차원수 # 웨버수 # 표면장력 # 레이놀즈수


Q10
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회전펌프의 종류가 아닌 것은?

  • 나사 펌프
  • 기어 펌프
  • 베인 펌프
  • 플런저 펌프
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정답 ④ 플런저 펌프

용적형 펌프는 회전자가 도는 회전펌프와 피스톤이 오가는 왕복펌프로 나뉩니다. 기어 펌프, 베인 펌프, 나사 펌프는 모두 회전체가 유체를 가두어 밀어내는 회전펌프입니다. 반면 플런저 펌프는 플런저가 실린더 안에서 왕복하면서 흡입과 토출을 반복하는 왕복동 펌프로 고압을 내기 쉬운 대신 맥동이 있습니다. 따라서 ④입니다.

키워드 # 유압공압 # 용적형펌프 # 회전펌프 # 기어펌프 # 플런저펌프


Q11
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구리의 특성에 대한 설명으로 가장 옳은 것은?

  • 아연(Zn), 주석(Sn), 니켈(Ni) 등과 합금을 만들 수 없다.
  • 유연하고 연성이 작아 가공이 어렵다.
  • 전성이 작고 귀금속적인 성질이 우수하다.
  • 전기 및 열의 전도성이 우수하다.
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정답 ④ 전기 및 열의 전도성이 우수하다.

구리는 은 다음으로 전기전도도와 열전도도가 높아 전선, 부스바, 열교환기 재료로 널리 쓰입니다. 또 연성과 전성이 뛰어나 가공이 쉽고, 아연과 황동, 주석과 청동, 니켈과 백동 등 합금을 잘 만듭니다. ①②③은 모두 구리의 성질을 반대로 서술한 것입니다. 따라서 ④입니다.

키워드 # 기계재료 # 구리 # 전기전도도 # 황동 # 청동 # 연성


Q12
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베어링 메탈의 구비 조건이 아닌 것은?

  • 하중에 견딜 수 있도록 충분한 강도와 강성을 가져야 한다.
  • 열전도율이 낮아야 한다.
  • 내식성과 피로강도가 커야 한다.
  • 마찰 마멸이 적어야 한다.
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정답 ② 열전도율이 낮아야 한다.

베어링 메탈은 하중을 견딜 강도·강성, 작은 마찰계수와 내마멸성, 내식성과 피로강도, 좋은 길들임성과 매입성, 그리고 마찰열을 빨리 방출할 수 있는 높은 열전도율을 갖추어야 합니다. 열전도율이 낮으면 열이 쌓여 눌어붙음(소착)이 생기므로 ②가 구비 조건에 어긋납니다. 따라서 ②입니다.

키워드 # 기계요소설계 # 미끄럼베어링 # 베어링메탈 # 열전도율 # 내마멸성


Q13
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파스칼의 원리에 대한 설명으로 가장 옳지 않은 것은?

  • 오일은 힘을 전달할 수 있다.
  • 오일은 운동을 전달할 수 있다.
  • 단면적을 변화시키면 힘을 증대할 수 있다.
  • 공기는 압축되며, 오일도 압축된다.
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정답 ④ 공기는 압축되며, 오일도 압축된다.

파스칼의 원리는 밀폐된 유체의 한 점에 가한 압력이 유체 전체에 같은 크기로 전달된다는 것으로, 유체가 압축되지 않는다는 전제 위에서 힘과 운동의 전달, 단면적 비를 이용한 힘의 증대가 가능해집니다. 공기는 압축성이지만 작동유는 거의 압축되지 않는 비압축성 유체로 다루므로 ④가 옳지 않습니다. 따라서 ④입니다.

키워드 # 유압공압 # 파스칼의원리 # 비압축성 # 유압잭 # 압력전달


Q14
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금속 재료 탭 작업 시 주의사항으로 가장 옳지 않은 것은?

  • 탭은 한쪽 방향으로만 계속 돌린다.
  • 재료를 수평으로 단단히 고정한다.
  • 기름을 충분히 넣는다.
  • 재료의 구멍의 중심과 탭의 중심을 일치시킨다.
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정답 ① 탭은 한쪽 방향으로만 계속 돌린다.

탭 작업에서는 재료를 수평으로 단단히 고정하고, 구멍 중심과 탭 중심을 일치시키며, 절삭유를 충분히 공급해야 합니다. 또 두세 바퀴 정도 정회전한 뒤 반 바퀴쯤 역회전시켜 칩을 끊어 주어야 하며, 한쪽 방향으로만 계속 돌리면 칩이 골에 쌓여 탭이 부러지기 쉽습니다. 따라서 ①입니다.

키워드 # 기계공작법 # 탭작업 # 나사내기 # 절삭유 # 칩배출


Q15
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18-8형 스테인리스강의 성분으로 옳은 것은?

  • 니켈 18%, 크롬 8%
  • 티탄 18%, 니켈 8%
  • 크롬 18%, 니켈 8%
  • 크롬 18%, 티탄 8%
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정답 ③ 크롬 18%, 니켈 8%

18-8형 스테인리스강은 크롬 약 18%와 니켈 약 8%를 함유한 오스테나이트계 스테인리스강(STS304)입니다. 크롬은 표면에 치밀한 산화피막을 만들어 내식성을 주고, 니켈은 상온에서 오스테나이트 조직을 안정시켜 인성과 가공성을 좋게 하며 비자성을 띠게 합니다. 따라서 ③입니다.

키워드 # 기계재료 # 스테인리스강 # 오스테나이트계 # 크롬 # 니켈


Q16
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기계의 안전 설계 시, 고려해야 할 안전율(safety factor)에 대한 정의로 가장 옳은 것은?

  • 재료의 기준 강도와 전단 응력과의 비
  • 재료의 기준 강도와 허용 응력과의 비
  • 재료의 극한 강도와 사용 응력과의 비
  • 재료의 극한 강도와 잔류 응력과의 비
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정답 ② 재료의 기준 강도와 허용 응력과의 비

안전율은 재료의 기준강도(연성재료는 항복강도, 취성재료는 극한강도 등)를 허용응력으로 나눈 값입니다. 즉 S = σ기준 / σ허용이며, 설계에서는 사용응력이 허용응력을 넘지 않도록 치수를 정합니다. 사용응력이나 잔류응력이 아니라 허용응력이 분모라는 점이 핵심입니다. 따라서 ②입니다.

키워드 # 기계요소설계 # 안전율 # 허용응력 # 기준강도 # 사용응력


Q17
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환봉에 반경 방향으로의 압축력이 작용하면 중심에 인장력이 발생하는 원리를 이용한 공정으로, 길고 두꺼운 이음매 없는 파이프와 튜브(seamless pipe and tube)를 만드는 열간가공 공정으로 가장 옳은 것은?

  • 회전천공
  • 관재압연
  • 링압연
  • 강구전조 작업
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정답 ① 회전천공

회전천공(만네스만 천공)은 경사진 두 롤 사이에 가열한 환봉을 넣고 회전·전진시키는 열간가공입니다. 롤이 반경 방향으로 반복 압축하면 중심축에 인장응력이 생겨 균열이 열리고, 그 자리에 맨드릴을 밀어 넣어 이음매 없는 관을 만듭니다. 따라서 ①입니다.

키워드 # 소성가공 # 회전천공 # 만네스만 # 이음매없는관 # 열간가공


Q18
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산소 8[kg]과 질소 2[kg]으로 혼합된 기체가 있다. 산소의 정압 비열은 1,000[J/kg·K]이고, 질소의 정압 비열은 1,500[J/kg·K]이라 할 때, 이 혼합기체가 갖는 정압 비열의 값[J/kg·K]은? (단, 주어진 조건 이외에는 고려하지 않는다.)

  • 1,100
  • 1,200
  • 1,300
  • 1,400
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정답 ① 1,100

혼합기체의 정압 비열은 각 성분의 질량분율로 가중평균한 값입니다. Cp = (m₁Cp1 + m₂Cp2)/(m₁+m₂)이므로 (8 × 1,000 + 2 × 1,500)/(8+2) = (8,000 + 3,000)/10 = 1,100 J/(kg·K)입니다. 따라서 ①입니다.

키워드 # 열역학 # 혼합기체 # 정압비열 # 질량분율 # 가중평균


Q19
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금속 재료들의 열전도율과 전기전도율이 좋은 순서대로 바르게 나열한 것은?

  • Al>Cu>Pb>Fe
  • Cu>Al>Fe>Pb
  • Al>Cu>Fe>Pb
  • Cu>Al>Pb>Fe
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정답 ② Cu>Al>Fe>Pb

금속에서는 자유전자가 열과 전기를 함께 나르므로 열전도율과 전기전도율의 순서가 거의 같습니다(비데만-프란츠 법칙). 은 > 구리 > 금 > 알루미늄 > 철 > 납 순이며, 보기의 네 금속만 보면 Cu > Al > Fe > Pb입니다. 열전도율로는 대략 400, 240, 80, 35 W/(m·K) 정도입니다. 따라서 ②입니다.

키워드 # 기계재료 # 열전도율 # 전기전도율 # 자유전자 # 구리


Q20
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길이 10[cm], 단면 2[cm]×3[cm]의 물체에 3[ton]의 인장력을 가하였을 때, 인장력에 의해 0.1[cm] 늘어났다. 물체에 작용하는 응력[kgf/cm2]과 변형률[%]은?

 응력 변형률

  •  50 1
  •  50 0.01
  •  500 1
  •  500 0.01
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정답 ③ 응력 500, 변형률 1

단면적은 2 cm × 3 cm = 6 cm²이고 하중은 3 ton = 3,000 kgf이므로 인장응력은 σ = P/A = 3,000/6 = 500 kgf/cm²입니다. 변형률은 ε = Δℓ/ℓ = 0.1/10 = 0.01이고 백분율로 바꾸면 1%입니다. 따라서 ③입니다.

키워드 # 재료역학 # 인장응력 # 변형률 # 단면적 # 백분율환산

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