2023년 서울시 9급 기계일반 제1회 보훈청 B책형 기출문제 풀이

2023 9급 서울시 기계일반 제1회 보훈청 B책형

기계일반 기출문제 풀이 · AI 보조 해설

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Q01

〈보기〉와 같이 스프링을 이용하여 500kg의 물체를 매달았다. 이때 물체의 처짐량[mm]은? (단, 탄성계수 $k_{1}$ =100N/mm, $k_{2}$ =150N/mm, $k_{3}$ =300N/mm이고, 중력가속도는 10m/s²이며, 스프링 질량은 무시한다.)

2023 9급 서울시 기계일반 제1회 보훈청 B책형 1번 그림 1

① 20
오답입니다 k₃을 빠뜨리고 k₁과 k₂만 병렬로 보아 등가강성을 250 N/mm로 잡았을 때 나오는 값입니다.
② 25
정답입니다 k₂·k₃ 직렬 100과 k₁ 100의 병렬이므로 5,000/200 = 25 mm입니다.
③ 30
오답입니다 처짐이 25 mm보다 크려면 등가강성이 200 N/mm보다 작아야 하므로, 등가강성을 약 167 N/mm로 낮게 잡았을 때 나오는 값입니다.
④ 35
오답입니다 같은 방식으로 등가강성을 약 143 N/mm로 더 낮게 잡았을 때 나오는 값입니다.

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정답 ② 25

k₂와 k₃은 위아래로 이어져 있으므로 직렬이고, 직렬 등가강성은 1/k = 1/150 + 1/300이므로 k₂₃ = 100 N/mm입니다. 이 조합은 k₁과 나란히 물체를 매달고 있으므로 병렬이 되어 $k_{eq}$ = 100 + 100 = 200 N/mm입니다. 하중은 W = 500 × 10 = 5,000 N이므로 처짐량은 5,000/200 = 25 mm입니다. 따라서 ②입니다.

키워드 # 기계요소설계 # 스프링 # 등가강성 # 직렬병렬 # 처짐량

Q02

금속을 소성영역까지 인장시켰다가 하중을 제거한 후 압축했을 때 압축 항복강도가 인장 시보다 작아지는 현상으로 가장 옳은 것은?

① 가공 경화
오답입니다 가공 경화는 소성변형으로 전위가 얽혀 강도가 올라가는 현상입니다.
② 시효 경화
오답입니다 시효 경화는 시간이 지나면서 석출물이 생겨 경화되는 현상입니다.
③ 탄성 여효
오답입니다 탄성 여효는 하중 제거 후 변형이 시간을 두고 서서히 회복되는 현상입니다.
④ 바우싱거 효과
정답입니다 인장 소성변형 뒤 반대방향 항복강도가 낮아지는 것이 바우싱거 효과입니다.

정답과 해설 보기

정답 ④ 바우싱거 효과

금속을 한쪽 방향으로 소성변형시킨 뒤 하중을 없애고 반대방향으로 하중을 걸면 뒤쪽 응력장(back stress) 때문에 항복이 더 낮은 응력에서 일어납니다. 이렇게 인장 소성변형 후 압축 항복강도가 인장 항복강도보다 작아지는 현상을 바우싱거(Bauschinger) 효과라고 합니다. 따라서 ④입니다.

키워드 # 기계재료 # 바우싱거효과 # 소성변형 # 항복강도 # 가공경화

Q03

크리프 현상에 대한 설명으로 가장 옳지 않은 것은?

① 크리프는 재료에 높은 온도로 큰 하중이 일정하게 작용될 때 재료 내의 응력과 변형률이 증가되는 현상이다.
정답입니다 크리프는 응력이 일정한 상태에서 변형률만 시간에 따라 커지는 현상입니다.
② 고온의 경우 시간의 경과에 따라 재료의 항복응력보다 훨씬 낮은 응력에서도 파단이 일어날 수 있다.
오답입니다 고온에서는 항복응력보다 낮은 응력에서도 장시간 뒤 크리프 파단이 일어납니다.
③ 크리프 한도 응력은 특정 온도에서 응력이 작용하여 일정시간 경과 후에 크리프 속도가 0이 되는 한계응력을 의미한다.
오답입니다 크리프 한도는 그 온도에서 크리프가 사실상 진행되지 않는 한계응력을 뜻합니다.
④ 일정한 온도에서 하중의 크기가 클수록 크리프 속도가 증가하여 파단에 이르는 시간이 짧아진다.
오답입니다 응력이 클수록 정상 크리프 속도가 커져 파단수명이 짧아집니다.

정답과 해설 보기

정답 ① 크리프는 재료에 높은 온도로 큰 하중이 일정하게 작용될 때 재료 내의 응력과 변형률이 증가되는 현상이다.

크리프는 고온에서 일정한 하중(일정한 응력)이 오래 걸릴 때 변형률이 시간에 따라 계속 커지는 현상입니다. 즉 응력은 일정하게 유지되고 변형률만 증가하므로 "응력과 변형률이 증가된다"는 서술은 옳지 않습니다. 또 크리프는 큰 하중이 아니어도 항복응력보다 훨씬 낮은 응력에서 일어날 수 있습니다. 따라서 ①입니다.

키워드 # 기계재료 # 크리프 # 크리프한도 # 고온강도 # 파단수명

Q04

원동차 모듈 2, 원동차 잇수 48, 종동차 모듈 2, 종동차 잇수 16인 스퍼기어 한 쌍에서 원동차가 1분에 600번 회전할 때 종동차 회전수의 값[rpm]은?

① 600
오답입니다 회전수가 그대로라고 보면 나오지만 잇수가 다르므로 변합니다.
② 900
오답입니다 잇수비를 48/32처럼 잘못 잡았을 때 나오는 값입니다.
③ 1200
오답입니다 잇수비를 2로 잘못 잡았을 때 나오는 값입니다.
④ 1800
정답입니다 N₂ = N₁ × Z₁/Z₂ = 600 × 48/16 = 1,800 rpm입니다.

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정답 ④ 1800

맞물리는 한 쌍의 스퍼기어는 모듈이 같아야 하며, 회전수는 잇수에 반비례합니다. 즉 N₁Z₁ = N₂Z₂ 이므로 N₂ = N₁ × Z₁/Z₂ 입니다. 원동차 잇수 48, 종동차 잇수 16, 원동차 회전수 600 rpm을 대입하면 N₂ = 600 × 48/16 = 1,800 rpm입니다. 따라서 ④입니다.

키워드 # 기계요소설계 # 스퍼기어 # 속도비 # 잇수 # 모듈

Q05

외접하는 원추마찰차에서 원동차의 원추각이 30°, 종동차의 원추각이 60°일 때 원동축의 각속도 $ω_{1}$ rad/s에 대한 종동축의 각속도 $ω_{2}$ rad/s의 회전속도비 $\frac{ω_{2}}{ω_{1}}$ 값은?

① $\frac{1}{2}$
오답입니다 원추각의 비 30°/60° 를 그대로 속도비로 잡으면 나오는 값입니다.
② $\frac{1}{\sqrt{3}}$
정답입니다 ω₂/ω₁ = sin30°/sin60° = (1/2)/(√3/2) = 1/√3입니다.
③ $\frac{\sqrt{3}}{2}$
오답입니다 종동차 원추각의 사인값 sin60° = √3/2 를 그대로 속도비로 잡았을 때 나오는 값입니다.
④ $\sqrt{3}$
오답입니다 분자와 분모를 뒤집어 sin60°/sin30° 로 계산했을 때의 값입니다.

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정답 ② 1/√3

외접 원추마찰차는 두 원추의 꼭짓점이 만나고 모선 길이 L이 같으므로 접촉점 반지름은 R₁ = L sinα₁, R₂ = L sinα₂ 입니다. 접촉면에서 미끄러짐이 없으면 ω₁R₁ = ω₂R₂ 이므로 ω₂/ω₁ = R₁/R₂ = sinα₁/sinα₂ = sin30°/sin60° = (1/2)/(√3/2) = 1/√3입니다. 따라서 ②입니다.

키워드 # 기계요소설계 # 원추마찰차 # 속도비 # 원추각 # 접촉반지름

Q06

총형가공법에 의한 기어절삭에 사용되는 절삭공구로 가장 옳은 것은?

① 피니언 커터
오답입니다 피니언 커터는 기어형 절삭공구로 창성법(기어 셰이퍼)에 씁니다.
② 호브
오답입니다 호브는 웜 모양 공구로 호빙머신에서 창성법으로 절삭합니다.
③ 래크 커터
오답입니다 래크 커터는 래크형 공구를 쓰는 창성법(마그식) 공구입니다.
④ 브로치
정답입니다 브로치는 치형과 같은 윤곽을 그대로 깎아 내는 총형가공 공구입니다.

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정답 ④ 브로치

기어 절삭법은 공구 날의 모양이 치형 홈과 같은 총형법과, 공구와 소재가 상대운동을 하며 치형이 만들어지는 창성법으로 나뉩니다. 피니언 커터·호브·래크 커터는 모두 창성법 공구이고, 총형법에는 총형 밀링커터와 브로치가 쓰입니다. 따라서 ④입니다.

키워드 # 기계공작법 # 기어절삭 # 총형법 # 창성법 # 브로치

Q07

지름 10mm의 트위스트 드릴을 사용하여, 마그네슘 블록에 구멍을 뚫는 작업을 한다. 이송량이 0.1mm/rev, 스핀들의 회전수는 1200rpm일 때 재료제거율의 값[mm³/s]은? (단, $π$ 는 3이다.)

① 150
정답입니다 MRR = (πd²/4)·f·N = 75 × 0.1 × 1,200 = 9,000 mm³/min = 150 mm³/s입니다.
② 600
오답입니다 단면적을 πd²/4 대신 πd² = 300 mm²로 4배 크게 잡았을 때 나오는 값입니다.
③ 3000
오답입니다 단면적에서 π를 빠뜨려 d²/4 = 25 mm²로 잡고 분당 값을 그대로 썼을 때 나오는 값입니다.
④ 9000
오답입니다 분당 값 9,000 mm³/min 을 60으로 나누지 않은 값입니다.

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정답 ① 150

드릴링의 재료제거율은 구멍 단면적에 이송속도를 곱한 값입니다. 단면적은 πd²/4 = 3 × 10²/4 = 75 mm², 이송속도는 f·N = 0.1 × 1,200 = 120 mm/min이므로 MRR = 75 × 120 = 9,000 mm³/min입니다. 단위가 mm³/s이므로 60으로 나누면 150 mm³/s입니다. 따라서 ①입니다.

키워드 # 기계공작법 # 드릴링 # 재료제거율 # 이송량 # 절삭조건

Q08

주조 공정 중 소모성 주형 주조 공정에 해당하지 않는 것은?

① 풀몰드법(full molding)
오답입니다 풀몰드법은 발포폴리스티렌 모형과 모래주형을 함께 없애는 소모성 주형법입니다.
② 셸주조법(shell molding)
오답입니다 셸주조법은 수지를 섞은 모래껍질 주형을 깨뜨려 꺼내는 소모성 주형법입니다.
③ 원심주조법(centrifugal casting)
정답입니다 원심주조법은 회전하는 금속주형을 반복 사용하는 영구주형 주조법입니다.
④ 인베스트먼트 주조법(investment casting)
오답입니다 인베스트먼트 주조법은 왁스 모형과 세라믹 주형을 한 번만 쓰는 소모성 주형법입니다.

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정답 ③ 원심주조법(centrifugal casting)

소모성 주형 주조는 주형을 한 번 쓰고 파괴해야 제품을 꺼낼 수 있는 방식으로 사형주조, 셸몰드법, 인베스트먼트 주조, 풀몰드(소실모형)법 등이 여기에 속합니다. 원심주조법은 회전하는 금속제 주형에 쇳물을 부어 원심력으로 성형하는 방법이라 주형을 반복해서 쓰는 영구주형 주조에 해당합니다. 따라서 ③입니다.

키워드 # 기계공작법 # 주조 # 소모성주형 # 영구주형 # 원심주조

Q09

피복금속아크용접(Shielded Metal Arc Welding: SMAW)에서 아크 용접봉 피복제의 역할로 가장 옳지 않은 것은?

① 슬래그를 발생시키고 용융금속의 유동성을 좋게 한다.
오답입니다 피복제는 슬래그를 만들어 용융금속을 덮고 유동성을 좋게 합니다.
② 전류를 잘 통하게 하여 아크의 안정성을 좋게 한다.
정답입니다 피복제는 절연물이며, 아크 안정은 이온화제가 아크 기둥을 유지해 주는 덕분입니다.
③ 스패터링을 적게 한다.
오답입니다 아크를 안정시키고 용적을 곱게 이행시켜 스패터를 줄입니다.
④ 용접 중 산화 및 질화를 방지한다.
오답입니다 보호가스와 슬래그로 대기를 차단해 산화·질화를 막습니다.

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정답 ② 전류를 잘 통하게 하여 아크의 안정성을 좋게 한다.

피복금속아크용접의 피복제는 아크 안정, 대기 차단(산화·질화 방지), 슬래그 생성과 용착금속의 정련, 스패터 감소, 합금원소 첨가 등의 역할을 합니다. 그러나 피복제 자체는 절연 작용을 하는 물질이어서 심선 옆면으로 전류가 새지 않게 막아 주며, 전류를 잘 통하게 해서 아크를 안정시키는 것이 아니라 이온화제가 아크 기둥을 유지해 안정시킵니다. 따라서 ②입니다.

키워드 # 기계공작법 # 피복금속아크용접 # 피복제 # 슬래그 # 아크안정

Q10

〈보기〉와 같이 집중하중 $P$ 가 작용하는 보에서의 BMD(Bending Moment Diagram, 굽힘 모멘트 선도)로 가장 옳은 것은?

2023 9급 서울시 기계일반 제1회 보훈청 B책형 10번 그림 1

①
오답입니다 양 끝에서 크고 하중점에서 0이 되는 모양으로, 실제와 정반대입니다.
②
오답입니다 (+)와 (−) 사각형이 이어지는 형태로 이 보의 전단력 선도(SFD)입니다.
③
정답입니다 단순보 집중하중의 BMD로, 하중점에서 Pab/L 로 꺾이는 삼각형입니다.
④
오답입니다 2차 곡선 형태로, 등분포하중을 받는 단순보의 BMD 모양입니다.

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정답 ③ 하중점에서 최댓값을 갖고 양 지점에서 0이 되는 삼각형 모양의 (+) 선도

단순지지보에 집중하중 P가 걸리면 반력은 $R_{A}$ = Pb/L, $R_{B}$ = Pa/L이고 구간마다 전단력이 일정하므로 굽힘모멘트는 각 구간에서 1차 함수, 즉 직선이 됩니다. 양 지점의 모멘트는 0이고 하중점에서 최댓값 $M_{max}$ = Pab/L 을 가지므로 선도는 하중점에서 꺾이는 삼각형이 됩니다. 따라서 ③입니다.

키워드 # 재료역학 # 단순보 # 굽힘모멘트선도 # 집중하중 # 전단력선도

Q11

절삭가공에서 다수의 절삭날을 가진 커터가 다양한 방향의 회전축을 중심으로 회전운동하며 공작물을 절삭하고, 평면 및 곡면을 가공하는 방법으로 가장 옳은 것은?

① 밀링(milling)
정답입니다 여러 개의 절삭날을 가진 커터가 회전하며 평면·곡면을 깎는 가공이 밀링입니다.
② 드릴링(drilling)
오답입니다 드릴링은 드릴을 회전시켜 구멍을 뚫는 가공입니다.
③ 태핑(tapping)
오답입니다 태핑은 탭으로 구멍 안쪽에 암나사를 내는 가공입니다.
④ 리밍(reaming)
오답입니다 리밍은 이미 뚫린 구멍을 리머로 다듬어 정밀도를 높이는 가공입니다.

정답과 해설 보기

정답 ① 밀링(milling)

밀링은 원주나 단면에 여러 개의 절삭날이 있는 밀링커터를 회전시키고 공작물을 이송시켜 재료를 깎아 내는 가공법입니다. 수직·수평 등 다양한 방향의 회전축을 쓸 수 있어 평면, 홈, 곡면, 기어 등 폭넓은 형상을 가공합니다. 드릴링·태핑·리밍은 모두 구멍 가공에 한정됩니다. 따라서 ①입니다.

키워드 # 기계공작법 # 밀링 # 절삭가공 # 밀링커터 # 평면가공

Q12

용융된 금속이 모재와 잘 융합되지 않고 표면에 덮여 있는 상태로서 용접 속도가 느릴 때 발생하는 현상으로 가장 옳은 것은?

① 스패터
오답입니다 스패터는 용융금속 방울이 튀어 모재 표면에 붙는 현상입니다.
② 용입불량
오답입니다 용입불량은 용착금속이 이음부 깊이까지 녹아 들어가지 못한 결함입니다.
③ 오버랩
정답입니다 용착금속이 융합되지 않고 모재 표면에 덮여 걸치는 결함이 오버랩입니다.
④ 언더컷
오답입니다 언더컷은 용접선 가장자리가 파여 홈이 생기는 결함으로 전류가 클 때 생깁니다.

정답과 해설 보기

정답 ③ 오버랩

오버랩(overlap)은 용융된 용착금속이 모재와 융합하지 못한 채 모재 표면 위로 흘러 덮여 있는 결함입니다. 용접전류가 너무 낮거나 용접속도가 지나치게 느려 입열이 한곳에 몰릴 때 잘 생깁니다. 반대로 전류가 너무 크고 속도가 빠르면 언더컷이 생깁니다. 따라서 ③입니다.

키워드 # 기계공작법 # 용접결함 # 오버랩 # 언더컷 # 용접속도

Q13

〈보기〉와 같이 스프링 상수( $k$ )는 900N/m이고, 질량( $M$ )은 100kg인 1자유도 시스템이 있다. 초기 변위는 0이고 스프링 변형량도 없는 상태에서 $x$ 방향으로 3m/s의 속도로 움직이기 시작한다고 가정할 때 이 시스템의 고유진동수 값[Hz]은? (단, $π$ 는 3으로 하고, 마찰력과 스프링 질량은 무시한다.)

2023 9급 서울시 기계일반 제1회 보훈청 B책형 13번 그림 1

① 0.25
오답입니다 ωn = 3 rad/s 를 4π로 나누는 등 계수를 잘못 잡았을 때 나오는 값입니다.
② 0.5
정답입니다 fn = (1/2π)√(k/M) = (1/6)×√(900/100) = 0.5 Hz입니다.
③ 0.75
오답입니다 √(k/M)을 4.5로 잘못 계산했을 때 나오는 값입니다.
④ 1.0
오답입니다 고유각진동수를 ωn = 6 rad/s로 잘못 보고 2π = 6으로 나누었을 때 나오는 값입니다.

정답과 해설 보기

정답 ② 0.5

1자유도 비감쇠계의 고유각진동수는 ωn = √(k/M) = √(900/100) = 3 rad/s입니다. 고유진동수는 fn = ωn/(2π)이고 문제에서 π = 3이므로 fn = 3/(2×3) = 0.5 Hz입니다. 초기 속도 3 m/s는 진폭만 정할 뿐 고유진동수와는 무관합니다. 따라서 ②입니다.

키워드 # 진동학 # 1자유도계 # 고유진동수 # 스프링상수 # 자유진동

Q14

두 축이 서로 교차하지도 않고 평행하지도 않을 때 동력을 전달하는 기어로 옳은 것은?

① 하이포이드 기어
정답입니다 두 축이 어긋난(엇갈린) 상태로 동력을 전달하는 대표적인 기어입니다.
② 스파이럴 베벨기어
오답입니다 스파이럴 베벨기어는 두 축이 한 점에서 교차하는 기어입니다.
③ 마이터 기어
오답입니다 마이터 기어는 두 축이 90°로 교차하고 잇수가 같은 베벨기어입니다.
④ 헬리컬 기어
오답입니다 헬리컬 기어는 두 축이 서로 평행한 원통기어입니다.

정답과 해설 보기

정답 ① 하이포이드 기어

두 축이 만나지도 않고 나란하지도 않은, 즉 엇갈린 축 사이의 기어에는 하이포이드 기어, 웜기어, 나사(스크루)기어, 헬리컬 크라운 기어 등이 있습니다. 하이포이드 기어는 베벨기어의 축을 옵셋시킨 형태로 자동차 종감속 장치에 널리 쓰입니다. 스파이럴 베벨기어와 마이터 기어는 교차축, 헬리컬 기어는 평행축 기어입니다. 따라서 ①입니다.

키워드 # 기계요소설계 # 기어 # 엇갈린축 # 하이포이드기어 # 베벨기어

Q15

길이 100cm를 갖는 직사각형 단면의 외팔보에 등분포하중 $ω$ =16N/m가 작용하여 최대굽힘응력이 발생하였다. 이때의 최대굽힘응력 값[N/m²]은? (단, 외팔보 단면의 폭은 8cm이고, 높이는 10cm이며, 보의 자중은 무시한다.)

① 5×10⁴
오답입니다 단면계수를 bh²/6 대신 다른 값으로 잡았을 때 나오는 값입니다.
② 6×10⁴
정답입니다 M = ωL²/2 = 8 N·m, Z = bh²/6 = 4/30,000 m³이므로 σ = 6×10⁴ N/m²입니다.
③ 7×10⁴
오답입니다 굽힘모멘트를 M = ωL²/2 = 8 N·m가 아니라 약 9.3 N·m로 잘못 잡았을 때 나오는 값입니다.
④ 8×10⁴
오답입니다 단면계수를 bh²/6 대신 bh²/8 = 1×10⁻⁴ m³로 잘못 잡았을 때 나오는 값입니다.

정답과 해설 보기

정답 ② 6×10⁴

등분포하중을 받는 외팔보의 최대굽힘모멘트는 고정단에서 M = ωL²/2이므로 M = 16 × 1²/2 = 8 N·m입니다. 직사각형 단면의 단면계수는 Z = bh²/6 = 0.08 × 0.1²/6 = 4/30,000 m³입니다. 따라서 $σ_{max}$ = M/Z = 8 × 30,000/4 = 60,000 = 6×10⁴ N/m²입니다. 따라서 ②입니다.

키워드 # 재료역학 # 외팔보 # 등분포하중 # 굽힘응력 # 단면계수

Q16

금속의 파괴에 대한 종류와 그에 대한 설명으로 가장 옳지 않은 것은?

① 크리프 파괴는 금속의 점탄성적 거동에 의한 변형으로 일어난다.
오답입니다 크리프는 고온에서 시간에 의존하는 점탄성적 변형이 쌓여 일어나는 파괴입니다.
② 피로 파괴는 외형에 거의 변형을 일으키지 않는 파괴를 보인다.
오답입니다 피로 파괴는 소성변형이 거의 없이 갑작스럽게 파단되는 것이 특징입니다.
③ 연성 파괴는 파괴 전 국부적 단면 수축이 생겨 파단되는 것을 말한다.
오답입니다 연성 파괴는 네킹(국부 단면수축)을 거쳐 컵-콘 모양으로 파단됩니다.
④ 취성 파괴는 균열면 확대에 소요되는 에너지가 다른 파괴에 비해 크다.
정답입니다 취성 파괴는 소성변형이 거의 없어 흡수 에너지가 오히려 가장 작습니다.

정답과 해설 보기

정답 ④ 취성 파괴는 균열면 확대에 소요되는 에너지가 다른 파괴에 비해 크다.

취성 파괴는 소성변형을 거의 동반하지 않고 균열이 빠르게 전파되어 갑자기 깨지는 파괴입니다. 이때 균열 선단에서 소성일이 거의 생기지 않으므로 파괴에 필요한 에너지(파괴인성)는 연성 파괴에 비해 훨씬 작습니다. 따라서 "에너지가 크다"는 서술이 옳지 않습니다. 따라서 ④입니다.

키워드 # 기계재료 # 취성파괴 # 연성파괴 # 피로파괴 # 크리프파괴

Q17

〈보기〉와 같이 압력( $P$ )이 200kPa인 공기가 압력이 일정한 상태에서 500kJ의 열( $Q$ )을 받으면서 팽창하였다. 이러한 과정에서 공기의 내부에너지( $U$ )가 100kJ만큼 증가하였을 때 공기의 체적변화 값[m³]은?

2023 9급 서울시 기계일반 제1회 보훈청 B책형 17번 그림 1

① 1.5
오답입니다 일을 300 kJ로 잘못 잡았을 때 나오는 값입니다.
② 2.0
정답입니다 W = Q − ΔU = 500 − 100 = 400 kJ이므로 ΔV = 400/200 = 2.0 m³입니다.
③ 3.0
오답입니다 일을 Q − ΔU 가 아니라 Q + ΔU = 600 kJ 로 잘못 계산했을 때 나오는 값입니다.
④ 3.5
오답입니다 공급열 500 kJ에 200 kJ을 더하듯 잘못 다루면 나오는 값입니다.

정답과 해설 보기

정답 ② 2.0

정압과정이므로 열역학 제1법칙 Q = ΔU + W 에서 계가 한 일은 W = P·ΔV입니다. Q = 500 kJ, ΔU = 100 kJ이므로 W = 500 − 100 = 400 kJ입니다. P = 200 kPa이므로 ΔV = W/P = 400/200 = 2.0 m³입니다. 따라서 ②입니다.

키워드 # 열역학 # 열역학제1법칙 # 정압과정 # 내부에너지 # 경계일

Q18

베르누이 방정식(Bernoulli equation)이 적용되는 조건에 해당하지 않는 것은?

① 베르누이 방정식이 적용되는 임의의 두 점은 같은 유선상에 있다.
오답입니다 베르누이 방정식은 같은 유선 위의 두 점 사이에서 성립합니다.
② 정상상태의 흐름이다.
오답입니다 시간에 따라 상태가 변하지 않는 정상유동이어야 합니다.
③ 마찰이 없는 이상유체의 흐름이다.
오답입니다 점성에 의한 마찰손실이 없는 이상유체를 가정합니다.
④ 압축성 유체의 흐름이다.
정답입니다 밀도가 일정한 비압축성 유동이어야 하므로 압축성은 조건이 아닙니다.

정답과 해설 보기

정답 ④ 압축성 유체의 흐름이다.

베르누이 방정식은 정상유동, 비점성(마찰이 없는 이상유체), 비압축성(밀도 일정), 동일 유선상, 외부 일·열 출입이 없음을 전제로 오일러 운동방정식을 적분해 얻은 식입니다. 밀도가 일정해야 적분이 p/ρ 항으로 정리되므로 압축성 유체에는 그대로 적용할 수 없습니다. 따라서 ④입니다.

키워드 # 유체역학 # 베르누이방정식 # 정상유동 # 비압축성 # 비점성유동

Q19

〈보기〉에 제시된 연강의 응력-변형률 선도에서 A와 E 지점을 옳게 짝지은 것은?

2023 9급 서울시 기계일반 제1회 보훈청 B책형 19번 그림 1

　A　E

① 　비례한도　극한강도
정답입니다 A는 직선부가 끝나는 비례한도, E는 공칭응력이 최대인 극한강도입니다.
② 　탄성한도　파괴강도
오답입니다 탄성한도는 A 바로 위의 B이고, 파괴강도는 곡선 끝의 F입니다.
③ 　극한강도　비례한도
오답입니다 A와 E를 서로 뒤바꾼 짝으로, 위치가 반대입니다.
④ 　파괴강도　탄성한도
오답입니다 파괴강도는 F, 탄성한도는 B이므로 두 점 모두 맞지 않습니다.

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정답 ① A: 비례한도, E: 극한강도

연강의 응력-변형률 선도에서 원점부터 이어지는 직선 구간이 끝나는 점 A가 비례한도이고, 그 바로 위 B가 탄성한도, C와 D가 상·하 항복점입니다. 이후 가공경화로 응력이 올라가다가 공칭응력이 최대가 되는 점 E가 극한강도(인장강도)이며, 네킹이 진행되어 끊어지는 점 F가 파괴강도입니다. 따라서 ①입니다.

키워드 # 재료역학 # 응력변형률선도 # 비례한도 # 극한강도 # 탄성한도 # 연강

Q20

재료의 기계적 성질에 대한 설명으로 가장 옳지 않은 것은?

① 경도는 압입으로 생기는 국부적인 소성변형에 대한 재료의 저항성을 나타낸다.
오답입니다 경도는 압입자에 의한 국부 소성변형에 저항하는 성질로 정의됩니다.
② 인장시험에서 진변형률( $ε$ )과 공칭변형률( $e$ )의 관계는 $ε$ =ln(1+ $e$ )로 표시된다.
오답입니다 진변형률은 순간 길이로 적분한 값이므로 ε = ln(1+e) 가 됩니다.
③ 숏피닝(shot peening)에 의해 유도되는 표면의 인장잔류응력은 제품의 피로수명을 향상시킨다.
정답입니다 숏피닝이 만드는 것은 압축잔류응력이며, 인장잔류응력은 오히려 피로수명을 떨어뜨립니다.
④ 인장시험에서 재료의 연성을 나타내는 척도는 연신율과 단면감소율이다.
오답입니다 연신율과 단면감소율은 파단까지의 소성변형 능력, 곧 연성의 척도입니다.

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정답 ③ 숏피닝(shot peening)에 의해 유도되는 표면의 인장잔류응력은 제품의 피로수명을 향상시킨다.

숏피닝은 작은 강구를 표면에 고속으로 때려 표면층을 소성변형시키는 가공으로, 표면에 압축잔류응력을 남겨 균열의 발생과 전파를 억제하고 피로수명을 크게 늘립니다. 표면에 인장잔류응력이 남으면 오히려 피로균열이 쉽게 생겨 수명이 짧아집니다. 따라서 "인장잔류응력이 피로수명을 향상시킨다"는 ③이 옳지 않습니다. 따라서 ③입니다.

키워드 # 기계재료 # 숏피닝 # 잔류응력 # 피로수명 # 진변형률 # 연성

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