문 01. x면에 작용하는 수직응력 $\sigma _x$ = 100 MPa, y면에 작용하는 수직응력 $\sigma _y$ = 100 MPa, x방향의 단면에서 작용하는 y방향 전단응력 $ \tau _{xy} $ = 20 MPa일 때, 주응력 $\sigma _1$, $\sigma _2$ 의 값 [MPa]은?
① 120 MPa, 80 MPa
② -100 MPa, 300 MPa
③ -300 MPa, 500 MPa
④ 220 MPa, 180 MPa
①
<모어원>
x면과 y면에 100의 수직응력이 작용하고, 전단응력이 20Mpa이므로, 이를 이용하면, x=100, y=0을 중심으로 하는 반지름 20의 원이 그려진다. 이 때, x축이 인장응력이므로, x축 원의 양 끝점이 주응력이 된다.
문 02. 그림과 같은 단순보(simple beam)에서 중앙 C점에서의 전단력 V와 굽힘모멘트 M의 값은? (단, 보의 자중은 무시한다.)
① $V=0, M= \frac{w_0l^2}{4} $
② $V=0, M= \frac{w_0a^2}{2} $
③ $V=w_0a, M= \frac{w_0a^2}{4} $
④ $V=w_0a, M= \frac{w_0l^2}{2} $
②
문 03.아래의 ㈎와 ㈏에 해당하는 것을 순서대로 바르게 나열한 것은?
㈎ 재료가 파단하기 전에 가질 수 있는 최대 응력
㈏ 0.05%에서 0.3% 사이의 특정한 영구변형률을 발생시키는 응력
① 항복강도, 극한강도
② 극한강도, 항복강도
③ 항복강도, 탄성한도
④ 극한강도, 탄성한도
③
<극한 강도, ultimate strength>
재료가 파단하기 전에 가질 수 있는 최대 응력
<항복 강도, yield strength>
0.05 % ~ 0.3 % 사이의 특정한 영구변형률을 발생시키는 응력
문 04. 그림과 같이 상태 1에서 상태 2로 변화하는 이상 기체 상태변화의 이름과 상호 관계를 옳게 짝지은 것은?
① 등온변화, $v_1T_2=v_2T_1$
② 정압변화, $v_1T_2=v_2T_1$
③ 정압변화, $p_1T_2=p_2T_1$
④ 정적변화, $p_1T_2=p_2T_1$
④
v가 그대로니 당연히 정적변화다. 뒤에 식을 몰라도 풀 수 있음
문 05. 습증기의 건도는 액체와 증기의 혼합물 질량에 대한 포화증기 질량의 비로 나타낸다. 어느 1kg의 습증기의 건도가 0.6일 때, 이 습증기의 엔탈피의 값[kJ/kg]은? (단, 포화액체의 엔탈피는 500kJ/kg이며, 포화증기의 엔탈피는 2,000kJ/kg으로 계산한다.)
① 1,200kJ/kg
② 1,400kJ/kg
③ 1,700kJ/kg
④ 2,300kJ/kg
②
<습증기의 엔탈피>
$h=h_1 + x(h_2-h_1)$
$h_1$=포화액체, $h_2$=포화증기, $x$=건도
<계산과정>
$h=500+0.6 \times (2,000-500)=1,400$
문 06. 기압계의 수은 눈금이 750 mm이고, 중력 가속도 g = 10m/s²인 지점에서 대기압의 값 [kPa]은? (단, 수은의 온도는 10℃이고, 이때의 밀도는 10,000 kg/m³로 한다.)
① 75 kPa
② 150 kPa
③ 300 kPa
④ 750 kPa
①
<기압계에서 압력 구하기>
$P= \rho gh (Pa)$
<계산과정>
$P=10,000(kg/m^3) \times 10(m/s^2) \times0.75(m) =75,000Pa=75kPa$
문 07. 아주 매끄러운 원통관에 흐르는 공기가 층류유동일 때, 레이놀드 수(Reynolds number)는 공기의 밀도, 점성계수와 어떤 관계에 있는가?
① 공기의 밀도와 점성계수 모두와 반비례 관계를 갖는다.
② 공기의 밀도와 점성계수 모두와 비례 관계를 갖는다.
③ 공기의 밀도에는 반비례하고, 점성계수에는 비례한다.
④ 공기의 밀도에는 비례하고, 점성계수에는 반비례한다.
④
<레이놀드 수>
$Re= \frac{ \rho VD}{ \mu } = \frac{VD}{ \nu } $
문 08. 압력이 600 kPa, 비체적이 0.1$m^3/kg$인 유체가 피스톤이 부착된 실린더 내에 들어 있다. 피스톤은 유체의 비체적이 0.4$m^3/kg$이 될 때까지 움직이고, 압력은 일정하게 유지될 때 유체가 한 일의 값 [kJ/kg]은? (단, 피스톤이 움직일 때 마찰은 없으며, 이 과정은 등압가역과정이라 가정한다.)
① 60 kJ/kg
② 120 kJ/kg
③ 180 kJ/kg
④ 240 kJ/kg
③
<등압가역과정에서 한 일>
$W=p(V_2-V_1)$
<계산과정>
$W=600 \times (0.4-0.1)=180$
문 09. 아크 용접의 이상 현상 중 용접 전류가 크고 용접 속도가 빠를 때 발생하는 현상으로 가장 옳은 것은?
① 오버랩
② 스패터
③ 용입 불량
④ 언더컷
④
<오버랩, over lap>
용접봉의 용융점이 모재의 용융점보다 낮거나, 비드의 용융지가 작고 용입이 얕아서 비드가 정상적으로 형성되지 못하고 위로 겹쳐지는 현상
<오버랩의 원인, 전부 작을 때>
- 용접전류가 부족할 때
- 아크의 길이가 짧을 때
- 용접속도가 너무 느릴 때
- 부적당한 용접봉을 사용할 때
<언더컷, under cut>
모재의 일부가 과다한 전류 등에 의해 녹아서, 상부에 홈이 형성되는 것
<언더컷의 발생 원인>
- 용접 전류가 너무 높을 때
- 용접 속도가 너무 빠를 때
- 아크 길이가 너무 길 때
- 용접봉 선택이 부적당할 때
- 용접봉의 각도 및 운봉이 부적절할 때
<스패터, spatter>
용융상태의 슬래그와 금속내의 가스팽창폭발로 용융금속이 비산하여 용접부분 주변에 작은 방울형태로 접착되는 현상
<스패터의 원인>
- 아크과대
- 전류과다
- 용접봉 결함
<용입부족의 원인>
- 홈 각도의 과소, 용접전류 과소
- 용접속도 빠를 때, 저항열이 클 때
- 부적합한 용접봉
- 모재에 다량의 황이 포함되어 있을 때
<오버랩, overlap>
용접금속이 용접살 끝에서 모재와 융합하지 않고 덮여있는 부분, 융합불량과 유사한 결함
<스패터, spatter>
용접전류와 전압의 조합이 부적절하여 어스 접촉 불량 등이 발생되면서 용접통, 와이어 요금속이 욥접부 모재에 용착되지 않고 비산되어 작은 덩어리 상태로 용접부 주위에 녹아붙는 용접불량
<용입 불량(부족)>
완전히 용입되어야 하는 루트면이 용융되지 않고 남은 상태, 홈각도가 지나치게 작은 경우나 백가우징이 불충분한 경우에 루트면이 미용융 상태로 남아 발생한다. 루트 간격이 작은 경우에는 균열상이 되어 응집력이 커진다.
문 10. 다음 설명에 해당하는 용접 방법으로 가장 옳은 것은?
- 원판 모양으로 된 전극 사이에 용접 재료를 끼우고, 전극을 회전시키면서 용접하는 방법이다.
- 기체의 기밀, 액체의 수밀을 요하는 관 및 용기 제작 등에 적용된다.
- 통전 방법으로 단속 통전법이 많이 쓰인다.
① 업셋 용접(upset welding)
② 프로젝션 용접(projection welding)
③ 스터드 용접(stud welding)
④ 심 용접(seam welding)
④
<업셋 용접, upset welding>
접합할 두 모재의 단면을 적당히 가압밀착시키고, 전류를 공급하여 밀착면이 전기저항열로 고온상태가 되었을 때 길이방향으로 압력을 가하여 접합하는 용접법이다. 강철선, 동선, 알루미늄선 등의 인발작업에서 선재의 접합에 사용되는 일이 많고 또한 연강의 각종단면, 둥근봉재, 각재, 판재, 파이프 등의 접합이 사용한다.
<프로젝션 용접, projection welding>
점용접(spot welding)과 같은 원리로써 접합할 모재의 한쪽판에 돌기(projection)를 만들어 고정전극위에 겹쳐놓고 가동전극으로 통전과 동시에 가압하여 저항열로 가열된 돌기를 접합시키는 용접법이다.
<스터드 용접, stud welding>
강봉을 모재에 심는 일종의 아크용접법으로, 막대(스터드)를 모재에 접속시켜 전류를 흘린 다음 막대를 모재에서 조금 떼어 아크를 발생시켜 적당히 용융했을 때 다시 용융지에 밀어붙여서 용착시키는 방법
<심 용접, seam welding>
회전하는 휠 또는 롤러 형태의 전극으로 금속판재를 연속적으로 점 용접 하는 방법으로 기체의 기밀, 액체의 수밀을 요하는 관 및 용기제작 등에 적용된다. 두 장의 판을 포개고 두 개의 원판형의 롤러 전극으로 용접전류를 공급하여 회전하면서 용접물을 가압하여 용접하는 방식이다.
문 11. 선반(lathe)으로 직경 50mm, 길이 200mm인 재료를 200rpm으로 가공했을 때, 주분력이 400N이었다. 이때의 절삭동력의 값 [kW]은? (단, 1 kW = 1kN·m/s이고, 원주율 π = 3으로 간주한다.)
① 0.2 kW
② 0.4 kW
③ 0.6 kW
④ 0.8 kW
①
<선반의 동력> <회전속도>
$H (W) = Fv$ $v= \frac{ \pi DN}{60 \times 1,000} (m/s)$
<계산과정>
1) 회전속도 구하기
$v= 3 \times 50mm \times 200(rev/min)\times \frac{1min}{60sec} \times \frac{1m}{1,000mm} =0.5m/s$
2) 동력 구하기
$H(W)=400N \times 0.5m/s=200(N·m/s)=200(J/s)=200W=0.2kW$
문 12. 소성가공에서 직접(전방) 압출과 간접(후방) 압출을 구분하는 기준에 대한 설명으로 가장 옳은 것은?
① 램(ram)의 진행방향과 제품의 진행방향에 따라 구분한다.
② 램(ram)과 컨테이너 (container) 사이의 마찰에 따라 구분한다.
③ 압출 다이(die)의 전후 위치에 따라 구분한다.
④ 압출 다이(die)와 컨테이너(container) 의 접촉 상태에 따라 구분한다.
①
<직접압출, direct extrusion>
전방압출이라고도 하며 치약을 짜내는 것과 같은 원리로써, 재료손실이 많은 이유는 빌렛은 용기의 벽면에 대하여 상대운동을 하므로 벽면과의 마찰로 인해 램 하중이 매우 크다. 결국 압출이 가장 나중에 되는 부분은 금속유동에 기인하여 압출봉의 중심 또는 내부에 압출 파이핑 결함이 형성되어 이를 제거하기 위해 빌렛의 뒷부분은 남기고 압출하기 때문에 생산수율이 낮다.
<전방압출의 특징>
- 램(ram)의 진행방향과 압출재(billet)의 이동방향이 동일하다.
- 압출재는 외부의 마찰로 인하여 내부가 효과적으로 압축된다.
- 압출이 끝나면 20~30%의 압출재가 잔류한다.
<간접압출, indirect extrusion>
후방압출, 역식압출이라고도 하며, 다이가 빌렛쪽으로 움직이거나, 다이를 지지하는 스템을 정지시켜 두고 빌렛을 가진 컨테이너를 움직이기도 하므로, 빌렛과 용기의 벽면에서의 마찰이 거의 없어 금속유동이 균일하므로 결함이 적어 생산수율이 높다.
<간접압출의 특징>
- 램(ram)의 진행방향과 압출재(billet)의 이동방향이 반대이다.
- 직접압출에 비해 마찰력이 적다.
- 재료의 손실이 적고 소요동력이 적게 드는 이점이 있다.
- 조작이 불편하고 표면상태가 좋지 못한 단점이 있다.
문 13. 보통선반의 구조에 대한 설명으로 가장 옳지 않은 것은?
① 주축대: 공작물을 고정하며 회전시키는 장치
② 왕복대: 주축에서 운동을 전달 받아 이송축까지 전달하는 장치
③ 심압대: 공작물의 한 쪽 끝을 센터로 지지하는 장치
④ 베드: 선반의 주요 부분을 얹는 부분
②
<왕복대, carriage>
공구를 이송시키는 장치로, 새들(saddle)과 에이프런(apron)으로 구성되며, 베드 위에 설치된다.
문 14. 원통 용기 소재를 1차 드로잉률이 0.6, 재드로잉률이 0.8이 되도록 드로잉(drawing)을 실시하여 지름이 24 mm인 원통 용기를 제작하였다. 처음 소재의 지름의 값 [mm]은?
① 30 mm
② 40 mm
③ 50 mm
④ 60 mm
③
<드로잉률>
abx = 최종지름
a = 1차 드로잉률, b = 2차 드로잉률 x = 처음지름
<계산과정>
$x= \frac{24}{0.6 \times 0.8} =50$
문 15. 설명한 특징을 모두 만족하는 입자가공 방법으로 가장 옳은 것은?
원통 내면의 다듬질 가공에 사용된다.
회전 운동과 축방향의 왕복 운동에 의해 접촉면을 가공하는 방법이다.
여러 숫돌을 스프링/유압으로 가공면에 압력을 가한 상태에서 가공한다.
① 호닝(honing)
② 전해 연마(electrolytic polishing)
③ 버핑(buffing)
④ 숏 피닝(shot peening)
①
<버핑, buffing>
노, 면, 직물 등을 여러장 겹쳐서 적당한 두께의 원판을 만든 다음 이것을 회전시키고 여기에 미세한 연삭입자가 혼합된 윤활제를 사용하여 공작물의 표면을 매끈하고, 광택나게 하는 작업을 말한다.
문 16. 구성인선(BUE: Built-Up Edge)을 억제하는 방법에 해당하는 것을 옳게 짝지은 것은?
ㄱ. 절삭깊이를 깊게 한다.
ㄴ. 공구의 절삭각을 크게 한다.
ㄷ. 절삭속도를 빠르게 한다.
ㄹ. 칩과 공구 경사면상의 마찰을 작게 한다.
ㅁ. 절삭유제를 사용한다.
ㅂ. 가공재료와 서로 친화력이 있는 절삭공구를 선택한다.
① ㄴ, ㄹ, ㅁ
② ㄱ, ㄴ, ㄷ, ㄹ
③ ㄱ, ㄴ, ㄹ, ㅂ
④ ㄷ, ㄹ, ㅁ
④
<구성인선, built up edge>
날 끝에 칩이 달라붙어 마치 절삭날의 역할을 하는 현상. 울퉁불퉁하고 표면을 거칠게 하거나 동력손실을 유발한다.
<구성인선의 특징>
- 고속으로 절삭하면 칩이 날 끝에 용착되기 전에 칩이 떨어져나간다.
- 절삭깊이가 작으면 그만큼 날끝과 칩의 접촉면적이 작아진다.
→ 칩이 날 끝에 용착될 확률이 적어진다.
- 윗면경사각이 커야 칩이 윗면에 충돌하여 붙기 전에 떨어져 나간다.
- 구성인선의 끝단 반경은 실제공구의 끝단 반경보다 크다.
→ 칩이 용착되어 날 끝의 둥근 부분, 노즈가 커지기 때문이다.
- 일감의 변형경화지수가 클수록 구성인선의 발생 가능성이 커진다.
- 구성인선의 경도값은 공작물이나 정상적인 칩보다 훨씬 크다.
- 구성인선은 발생 → 성장 → 분열 → 탈락의 과정을 거친다.
- 구성인선은 공구면을 덮어서 공구면을 보호하는 역할도 할 수 있다.
- 구성인선을 이용한 절삭방법은 SWC이다.
→ 은백색의 칩을 띄며, 절삭저항을 줄일 수 있는 방법이다.
<구성인선의 방지법>
- 120m/min 이상으로 절삭속도를 크게 할 것(절삭저항 감소)
- 30° 이상으로 경사각(상면각)을 크게 할 것
- 칩과 바이트 사이에 윤활성이 좋은 절삭유를 사용할 것
- 공구의 인선을 예리하게 할 것
- 절입량과 회전당 이송을 줄일 것
- 절삭깊이를 작게 하고, 인선반경(공구반경)을 줄일 것
- 마찰계수가 작은 공구를 사용할 것
문 17. 펌프 내 발생하는 공동현상을 방지하기 위한 설명으로 가장 옳지 않은 것은?
① 펌프의 설치 위치를 낮춘다.
② 펌프의 회전수를 증가시킨다.
③ 단흡입 펌프를 양흡입 펌프로 만든다.
④ 흡입관의 직경을 크게 한다.
②
<캐비테이션, cavitation, 공동 현상>
펌프의 흡입측 배관 내의 물의 정압이 기존의 증기압보다 낮아져서 기포가 발생되는 현상으로, 펌프와 흡수면 사이의 수직거리가 너무 길 때, 관 속을 유동하고 있는 물속의 어느 부분이 고온도일수록 포화증기압에 비례해서 상승할 때 발생한다.
<캐비테이션의 발생>
- 물속 어느 부분의 정압이 그때 물 온도에 해당하는 증기압력 이하일 때
→ 부분적으로 증기가 발생하는 현상이다.
→ 유체의 압력이 국부적으로 매우 낮아질 때 발생한다.
- 펌프에 물이 고속으로 유량이 증가할 때 펌프 입구에서 발생한다.
- 회전하는 프로펠러 끝단 유체의 고속·저압에서 발생한다.
- 캐비테이션수가 임계 캐비테이션수보다 낮을 때 발생한다.
- 유체에 압력파동을 만들어 주면 캐비테이션이 더 일어난다.
- 펌프와 흡수면 사이의 거리가 너무 멀 때
- 흡입양정이 크고, 액체의 온도가 높을 경우
- 날개차의 원주속도가 크고, 날개차의 모양이 적당하지 않을 경우
<캐비테이션의 영향>
- 양정곡선이 저하되며 효율곡선도 하강된다.
- 윤활작용이 감소하고 작동유의 열화가 촉진된다.
→ 소음·진동 발생, 관 부식, 임펠러 손상, 펌프의 성능 저하를 유발한다.
- 기포는 작동유에 비해 압축성이 높으므로 압축성이 증가한다.
→ 유압기기 작동이 불안정하게 된다.
<공동현상의 방지>
- 실양정이 크게 변동해도 토출량이 크게 증가하지 않도록 주의한다.
- 스톱밸브를 지양, 슬루스밸브를 사용하고 펌프의 흡입수두를 작게 한다.
- 유속을 3.5m/s 이하로 유지시키고 펌프의 설치위치를 낮춘다.
- 마찰저항이 작은 흡입관을 사용하여 흡입관 손실을줄인다.
- 펌프의 임펠러속도(회전수)를 작게 한다. 즉, 흡입비교회전도를 낮춘다.
- 펌프의 설치위치를 수원보다 낮게 한다.
- 양흡입펌프를 사용, 즉 펌프의 흡입측을 가압한다.
- 관 내의 물의 정압을 그때의 증기압보다 높게 한다.
- 흡입관의 구경을 크게 하며 배관을 완만하고 짧게 한다.
- 펌프를 2개 이상 설치한다.
- 유압회로에서 기름의 정도는 800ct를 넘지 않아야한다.
- 압축펌프를 사용하고, 회전차를 수중에 완전히 잠기게 한다.
문 18. 유량이 0.5$m^3/s$이고 유효낙차가 5 m일 때 수차에 작용할 수 있는 최대동력에 가장 가까운 값 [PS]은? (단, 유체의 비중량은 1,000$kgf/m^3$이다.)
① 15 PS
② 24.7 PS
③ 33.3 PS
④ 40 PS
③
<수차에 작용하는 동력>
$L= \gamma QH \eta (kgf·m/s)$
γ = 비중량, Q = 유량, H = 유효낙차, η = 효율
PS는 75, kW는 102로 나누자
<계산과정>
$L (PS) = \frac{1,000kgf/ m^{3} \times 0.5 m^3/s \times 5m \times 1}{75} =33.3PS$
문 19. 기하공차의 종류와 그 기호가 바르게 연결되지 않은 것은?
①
진원도는 찐원이라 그냥 동그라미
문 20. 가는 2점 쇄선이 사용되는 경우에 해당하는 것을 옳게 짝지은 것은?
ㄱ. 도시된 단면의 앞쪽에 있는 부분을 표시하는 데 사용한다.
ㄴ. 인접 부분을 참고로 표시하는 데 사용한다.
ㄷ. 대상물의 일부를 파단한 경계 또는 일부를 떼어낸 경계를 표시하는 데 사용한다.
ㄹ. 도면에서 어떤 부위가 평면이라는 것을 나타낼 때 사용한다.
ㅁ. 가공 전 또는 가공 후의 모양을 표시하는 데 사용한다.
① ㄴ, ㄷ, ㅁ
② ㄱ, ㄷ, ㄹ
③ ㄱ, ㄴ, ㅁ
④ ㄴ, ㄷ, ㄹ
③
<가는 2점 쇄선, 가상선>
- 가공 전후의 모양 표시
- 인접 부분을 참고로 표시
- 도시된 단면의 앞쪽에 있는 부분을 표시
ㄷ. 파단선(지그재그선)
ㄹ. 가는 실선
'기계일반 > 서울시 9급' 카테고리의 다른 글
| 2019년 제1회 서울시 9급 기계일반 문제 및 해설 (0) | 2024.02.24 |
|---|---|
| 2018년 제2회 서울시 9급 기계일반 문제 및 해설 (1) | 2024.02.24 |
| 2018년 제1회 서울시 9급 기계일반 문제 및 해설 (1) | 2024.02.24 |
| 2017년 서울시 9급 기계일반 문제 및 해설 (1) | 2024.02.11 |
| 2016년 서울시 9급 기계일반 문제 및 해설 (1) | 2024.02.11 |
댓글