[국회직 9급 기계일반] 16년 1회차
국회직 9급 기계일반 기출문제

16년 1회차

총 20문항 · 객관식 · A4 약 1장

1 / 1
A4정답 포함
국회직 9급 기계일반 기출문제모두CBT · moducbt.com

16년 1회차

총 20문항 · 객관식 · 정답·해설 포함
문제 1
금속 박판의 성형 시 변형이 끝난 후 박판에 가해진 굽힘력이 제거되면 굽혀진 공작물 내에 남아 있는 탄성에너지로 인해 변형량의 일부분이 복원되는 현상을 나타내는 용어로 옳은 것은?
1과도굽힘(overbending)
2바터밍(bottoming)
3스프링백(springback)
4시밍(seaming)
5헤밍(hemming)
정답 및 해설

굽힘력을 제거했을 때 변형량의 일부가 되돌아오는 현상은 스프링백(springback)이다.

소성변형과 함께 재료 안에 저장된 탄성에너지가 하중 제거 후 풀리면서 굽힘각이 일부 벌어진다.

  • 과도굽힘(overbending): 되돌아올 양을 예상해 목표보다 더 굽히는 보정 방법이다.
  • 바터밍(bottoming): 펀치를 끝까지 눌러 판재를 다이 바닥에 밀착시켜 복원을 줄이는 방법이다.
  • 시밍(seaming): 판재 끝을 서로 접어 맞물려 잇는 가공이다.
  • 헤밍(hemming): 판재 가장자리를 접어 강성과 안전성을 높이는 가공이다.
문제 2
다음 중 열가소성 수지와 열경화성 수지에 따라 적절한 제조공정으로 연결된 것으로 옳은 것은?
1사출성형 – 열가소성 수지, 압축성형 - 열경화성 수지
2압출 – 열가소성 수지, 열성형 - 열경화성 수지
3취입성형 – 열가소성 수지, 압출 - 열경화성 수지
4전사성형 – 열가소성 수지, 사출성형 - 열경화성 수지
5열성형 – 열가소성 수지, 취입성형 - 열경화성 수지
정답 및 해설

올바른 연결은 사출성형 – 열가소성 수지, 압축성형 – 열경화성 수지이다.

가열하면 다시 녹는 열가소성 수지는 사출·압출·취입·열성형에 쓰고, 한 번 굳으면 다시 녹지 않는 열경화성 수지는 주로 금형 안에서 경화시키는 압축성형·전사성형에 쓴다.

  • 압출 – 열가소성, 열성형 – 열경화성: 열성형은 가열한 열가소성 시트를 모양대로 성형하는 공정이다.
  • 취입성형 – 열가소성, 압출 – 열경화성: 압출은 대표적인 열가소성 수지 공정이다.
  • 전사성형 – 열가소성, 사출성형 – 열경화성: 전사성형은 열경화성, 사출성형은 열가소성 수지의 대표 공정으로 연결이 뒤바뀌었다.
  • 열성형 – 열가소성, 취입성형 – 열경화성: 취입성형은 페트병처럼 열가소성 수지를 불어 성형하는 공정이다.
문제 3
다음 중 숏피닝(shot peening)에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?
1숏을 강재 표면에 분사하여 표면층에 압축응력을 발생시킨다.
2숏피닝은 재료 중심부의 연성을 증가시킨다.
3숏의 재질로 냉간주철, 주강, 강철 등이 쓰인다
4숏피닝 작업에는 피닝작업과 청정작업이 있다.
5숏피닝은 냉간가공법이다.
정답 및 해설

옳지 않은 설명은 숏피닝이 재료 중심부의 연성을 증가시킨다는 내용이다.

숏피닝(shot peening)은 표면층만 소성변형시켜 가공경화와 압축잔류응력을 주는 방법으로, 중심부 성질은 거의 변하지 않는다.

  • 표면층 압축응력 발생: 옳은 설명으로, 이 압축응력이 피로강도를 높인다.
  • 숏의 재질: 냉간주철, 주강, 강철 등이 쓰인다는 옳은 설명이다.
  • 피닝작업과 청정작업: 표면 강화뿐 아니라 표면의 스케일 제거 등 청정 목적으로도 쓰인다.
  • 냉간가공법: 재결정온도 이하에서 표면을 두드려 가공하므로 옳은 설명이다.
문제 4
다음 중 판금가공의 절단 공정에 해당하는 것끼리 표시된 것으로 옳은 것은?
1헤밍(hemming), 커팅오프(cutting off)
2V-벤딩(v-bending), 플랜징(flanging)
3전단, 시밍(seaming)
4코이닝(coining), 엠보싱(embossing)
5블랭킹(blanking), 펀칭(punching)
정답 및 해설

판금 절단 공정끼리 묶인 것은 블랭킹(blanking)과 펀칭(punching)이다.

둘 다 판재를 전단으로 잘라내는 공정이며, 블랭킹은 뽑아낸 쪽이, 펀칭은 구멍이 뚫린 쪽이 제품이 된다.

  • 헤밍, 커팅오프: 커팅오프는 절단이지만 헤밍은 가장자리를 접는 굽힘 가공이다.
  • V-벤딩, 플랜징: 둘 다 굽힘 계열의 성형 가공이다.
  • 전단, 시밍: 전단은 절단이지만 시밍은 판 끝을 접어 잇는 가공이다.
  • 코이닝, 엠보싱: 둘 다 금형으로 표면에 형상을 만드는 압인·성형 가공이다.
문제 5
다음 중 나사 풀림에 영향을 주는 요소들에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?
1나사각이 커지면, 풀림 경향이 커진다.
2초기 조임이 커지면, 풀림을 시작하기 위해 극복해야 할 마찰력이 커진다.
3마찰계수를 증가시키는 표면처리와 표면상태는 풀림을 감소시킨다.
4헬리컬 와셔는 상대 금속표면에 맞물리도록 뾰족한 돌출부를 평평하게 만드는 원리에 의하여 풀림을 감소시킨다.
5가는 나사가 보통 나사보다 쉽게 풀리는 경향이 있다.
정답 및 해설

옳지 않은 설명은 가는 나사가 보통 나사보다 쉽게 풀린다는 내용이다.

가는 나사는 피치가 작아 리드각이 작으므로 자립성이 좋고, 보통 나사보다 잘 풀리지 않는다.

  • 나사각 증가: 나사면의 경사(리드각)가 급해져 미끄러지기 쉬우므로 풀림 경향이 커진다.
  • 초기 조임 증가: 접촉면의 수직력이 커져 극복해야 할 마찰력도 커진다.
  • 마찰계수를 높이는 표면처리: 풀리는 방향의 저항이 커져 풀림이 줄어든다.
  • 헬리컬 와셔: 조일 때 눌려 평평해지면서 끝단이 상대 표면을 물어 풀림을 줄인다.
문제 6
다음 중 회전축의 위험속도에 대한 설명으로 옳은 것은?
13차 고유진동수가 1차, 2차 고유진동수보다 위험하다.
2위험속도는 가로 진동만 고려한다.
3위험속도는 비틀림 진동만 고려한다.
4위험속도에 도달하면 진폭이 커지게 된다.
5축의 회전수를 고유진동수의 ±5% 이상 떨어지게 한다.
정답 및 해설

회전축이 위험속도에 도달하면 진폭이 커진다.

회전수가 축의 고유진동수와 일치하면 공진이 일어나 진동이 크게 증폭되기 때문이다.

  • 3차가 1차·2차보다 위험하다: 통상 가장 낮은 1차 위험속도를 가장 중요하게 다루므로 틀렸다.
  • 가로 진동만 고려한다: 비틀림 진동도 함께 고려해야 한다.
  • 비틀림 진동만 고려한다: 가로 진동도 함께 고려해야 한다.
  • 고유진동수의 ±5% 이상 떨어지게 한다: 공진 영역을 피하기에 여유가 부족하며, 이보다 충분히 크게 떨어뜨려 운전해야 한다.
문제 7
두께가 t인 판재에 펀치를 사용하여 지름 d인 구멍을 만들고자 한다. 이때 펀치에 가해지는 하중 P를 구하는 식으로 옳은 것은? (단, 재료의 전단강도는 τ이며, 원주율은 π이다.)
1P = π⋅d⋅t⋅τ
2P = π / (d⋅t⋅τ)
3P = π⋅d / (t⋅τ)
4P = π⋅d⋅t / τ
5P = 1 / (π⋅d⋅t⋅τ)
정답 및 해설

펀치 하중은 P=πdtτP=\pi d t\tau로 구한다.

잘리는 면은 둘레 πd\pi d에 두께 tt를 곱한 원통면이므로 전단면적은 A=πdtA=\pi d t이다.
하중은 전단강도 × 전단면적이므로 P=τA=πdtτP=\tau A=\pi d t\tau이다.

  • P=πdtτP=\dfrac{\pi}{d t\tau}: 지름·두께·강도가 커질수록 하중이 줄어 실제와 반대이다.
  • P=πdtτP=\dfrac{\pi d}{t\tau}: 두께와 강도가 커질수록 하중이 줄어 실제와 반대이다.
  • P=πdtτP=\dfrac{\pi d t}{\tau}: 전단강도가 클수록 하중이 줄어 실제와 반대이다.
  • P=1πdtτP=\dfrac{1}{\pi d t\tau}: 관계가 통째로 역수여서 실제와 반대이다.
문제 8
초기 온도 20°C에 양쪽 벽에 고정된 봉이 있으며 이때 내부 응력은 없다. 봉을 10°C까지 냉각시켰고 그 결과 봉의 내부에 응력이 발생하였다. 응력(MPa)으로 옳은 것은? (단, 봉의 탄성계수 E=200 GPa이고, 선팽창계수 α=1.5×10-6 (1/°C)이다.)
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정답 및 해설

양단이 고정된 봉을 냉각하면 수축이 구속되어 3 MPa의 열응력(인장)이 발생한다.

봉이 자유롭게 줄어들 변형률만큼 벽이 봉을 잡아당기므로 응력은 탄성계수 × 열변형률이다.
σ=EαΔT\sigma = E\alpha\Delta T
σ=(200×103 MPa)(1.5×10−6 /∘C)(10 ∘C)\sigma = (200\times10^{3}\ \mathrm{MPa})(1.5\times10^{-6}\ \mathrm{/^\circ C})(10\ \mathrm{^\circ C})
σ=3 MPa\sigma = 3\ \mathrm{MPa}

온도 1°C당 응력은 0.3 MPa이므로 나머지 값은 온도차가 다를 때의 결과다.

  • 6 MPa는 온도차가 20°C일 때의 값으로, 초기 온도를 온도차로 잘못 대입한 결과다.
  • 12 MPa는 온도차가 40°C여야 나오는 값이다.
  • 24 MPa는 온도차가 80°C여야 나오는 값이다.
  • 30 MPa는 온도차가 100°C여야 나오는 값이다.
문제 9
인장항복강도가 400 MPa인 연강 원형봉에 62.8 kN의 인장하중이 가해지는 경우 안전하게 (안전율 S=2) 사용이 가능한 최소 직경(cm)으로 옳은 것은? (단, 원주율은 3.14이다.)
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정답 및 해설

안전하게 쓸 수 있는 최소 직경은 2 cm2\ \mathrm{cm}이다.

허용응력: σa=σYS=4002=200 MPa=200 N/mm2\sigma_a=\dfrac{\sigma_Y}{S}=\dfrac{400}{2}=200\ \mathrm{MPa}=200\ \mathrm{N/mm^2}

필요 단면적: A=Pσa=62800 N200 N/mm2=314 mm2A=\dfrac{P}{\sigma_a}=\dfrac{62800\ \mathrm{N}}{200\ \mathrm{N/mm^2}}=314\ \mathrm{mm^2}

직경: πd24=314\dfrac{\pi d^2}{4}=314에서 d2=4×3143.14=400d^2=\dfrac{4\times314}{3.14}=400
d=20 mm=2 cmd=20\ \mathrm{mm}=2\ \mathrm{cm}

문제 10
그림과 같이 길이가 a인 외팔보의 b 지점에 집중하중 P가 가해질 때 굽힘모멘트 선도의 모양으로 옳은 것은?
1
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4
5
정답 및 해설

굽힘모멘트 선도는 고정단에서 크기가 가장 크고 하중점 b까지 직선으로 줄어든 뒤, b부터 자유단 a까지는 0인 삼각형 모양이다.

고정단에서 거리 xx인 단면의 모멘트는 그 단면보다 자유단 쪽에 있는 하중만으로 정해진다.
M(x)=−P(b−x)(0≤x≤b)M(x) = -P(b-x)\quad (0\le x\le b)
M(x)=0(b≤x≤a)M(x) = 0\quad (b\le x\le a)
따라서 고정단의 모멘트 크기는 PbPb이고, b에서 0이 된다.

  • b까지 크기가 일정한 직사각형 선도는 전단력이 0인 구간의 모양으로, 전단력이 PP로 일정한 이 구간과 맞지 않는다.
  • a까지 크기가 일정한 직사각형 선도는 끝단에 우력이 작용할 때의 모양이다.
  • b에서 부호가 바뀌어 a까지 이어지는 직선 선도는 하중이 없는 b~a 구간에 모멘트가 생긴다고 보는 것이어서 틀리다.
  • a에서 0이 되는 삼각형 선도는 하중이 자유단 a에 작용할 때의 모양이다.
문제 11
길이가 0.5 m이고, 직경이 10 mm인 원형단면봉이 수직하중만 받고 있으며 이 때 응력이 σ이다. 동일한 하중조건에서 원형단면봉의 길이를 1 m로 늘리고 직경을 5 mm로 줄였을 때 수직응력으로 옳은 것은?
114\frac{1}{4}σ
212\frac{1}{2}σ
3σ
42σ
54σ
정답 및 해설

직경을 줄인 뒤의 수직응력은 4σ4\sigma이다.

수직응력은 σ=PA\sigma=\dfrac{P}{A}로 단면적에만 좌우되고, 봉의 길이와는 무관하다.

단면적은 A=πd24A=\dfrac{\pi d^2}{4}로 직경의 제곱에 비례한다.
직경이 12\dfrac{1}{2}배이면 단면적은 14\dfrac{1}{4}배이다.
따라서 응력은 σ′=PA/4=4σ\sigma'=\dfrac{P}{A/4}=4\sigma이다.

문제 12
질량이 같은 당구공 A와 B가 일직선 상에서 각각 10 m/s, 5 m/s의 속도로 우측으로 이동 중이다. 반발계수가 0.8일 때, 당구공 A가 당구공 B와 충돌한 후 두 공의 속도(m/s)로 옳은 것은? (단, 모든 마찰은 무시한다.)
1VA = 5 VB = 10
2VA = 5.5 VB = 9.5
3VA = 6 VB = 9
4VA = 6.5 VB = 8.5
5VA = 7 VB = 8
정답 및 해설

운동량 보존과 반발계수 식을 연립하면 충돌 후 속도는 VA=5.5 m/sV_A = 5.5\ \mathrm{m/s}, VB=9.5 m/sV_B = 9.5\ \mathrm{m/s}이다.

질량이 같으므로 운동량 보존식에서 질량이 소거된다.
10+5=VA+VB10 + 5 = V_A + V_B
VA+VB=15V_A + V_B = 15

반발계수는 충돌 전후 상대속도의 비이다.
e=VB−VA10−5=0.8e = \dfrac{V_B - V_A}{10 - 5} = 0.8
VB−VA=4V_B - V_A = 4

두 식을 더하면 2VB=192V_B = 19이므로 VB=9.5 m/sV_B = 9.5\ \mathrm{m/s}이고, VA=5.5 m/sV_A = 5.5\ \mathrm{m/s}이다.

  • VA = 5, VB = 10은 상대속도 차가 5로 반발계수가 1인 완전탄성충돌의 값이다.
  • VA = 6, VB = 9는 상대속도 차가 3으로 반발계수가 0.6이다.
  • VA = 6.5, VB = 8.5는 상대속도 차가 2로 반발계수가 0.4이다.
  • VA = 7, VB = 8은 상대속도 차가 1로 반발계수가 0.2이다.
문제 13
물체가 스프링에 수직으로 매달려서 1 Hz의 주파수와 10 mm의 진폭으로 진동한다. 물체가 정적평형지점(변위=0 mm인 지점)을 통과한 후 0.5초 경과된 시점의 변위(mm)와 진동수(rad/s)로 옳은 것은? (단, 원주율은 3.14이다.)
10, 3.14
25, 3.14
30, 6.28
410, 6.28
510, 12.56
정답 및 해설

0.5초 후 변위는 0 mm0\ \mathrm{mm}, 각진동수는 6.28 rad/s6.28\ \mathrm{rad/s}이다.

단위가 rad/s\mathrm{rad/s}이므로 발문의 진동수는 각진동수를 뜻한다.
ω=2πf=2×3.14×1=6.28 rad/s\omega=2\pi f=2\times3.14\times1=6.28\ \mathrm{rad/s}

주기는 T=1f=1 sT=\dfrac{1}{f}=1\ \mathrm{s}이므로 0.5초는 반주기이다.
평형점을 지난 뒤 반주기가 되면 물체는 반대 방향으로 다시 평형점을 지난다.
x=10sin⁡(2π×1×0.5)=0 mmx=10\sin(2\pi\times1\times0.5)=0\ \mathrm{mm}

문제 14
효율이 80%인 윈치(winch)가 50 kN의 화물을 12 m 올리는데 1분이 걸렸다. 윈치의 소요동력(kW)으로 옳은 것은?
18.0
210.0
312.5
419.5
529.5
정답 및 해설

윈치의 소요동력은 12.5 kW12.5\ \mathrm{kW}이다.

화물을 올리는 동력: H=Fst=50 kN×12 m60 s=10 kWH=\dfrac{Fs}{t}=\dfrac{50\ \mathrm{kN}\times12\ \mathrm{m}}{60\ \mathrm{s}}=10\ \mathrm{kW}

소요동력은 이 값을 효율로 나눈 값이다.
H0=Hη=100.8=12.5 kWH_0=\dfrac{H}{\eta}=\dfrac{10}{0.8}=12.5\ \mathrm{kW}

문제 15
다음 중 유체에서 공동현상(캐비테이션, cavitation)에 대한 설명으로 옳은 것은?
1유체의 압력이 국부적으로 매우 높아질 때 발생한다.
2회전하는 프로펠러 끝단 유체의 저속⋅고압 와류에서 발생한다.
3캐비테이션수가 임계캐비테이션수보다 클 때 발생한다.
4유체가 액체에서 증기로 빠르게 변화한다.
5유체에 압력파동을 만들어 주어서 캐비테이션을 방지할 수 있다.
정답 및 해설

공동현상의 본질은 유체가 액체에서 증기로 빠르게 변화하는 것이다.

국부 압력이 포화증기압 이하로 떨어지면 액체가 기화해 기포가 생기고, 이 기포가 고압부에서 터지며 소음과 침식을 일으킨다.

  • 압력이 국부적으로 매우 높아질 때 발생: 반대로 압력이 낮아질 때 발생한다.
  • 프로펠러 끝단의 저속·고압 와류에서 발생: 실제로는 고속·저압 와류에서 발생한다.
  • 캐비테이션수가 임계값보다 클 때 발생: 임계값보다 작아질 때 발생한다.
  • 압력파동으로 방지: 압력이 순간적으로 떨어지는 구간이 생겨 오히려 발생을 부추긴다.
문제 16
압축기로 100 kPa, 300 K의 기체가 흡입된 후 400 kPa, 600 K로 압축되었다. 이 기체가 100 kPa, 300 K의 상태로 흡입되어 900 kPa으로 압축된다면 이때 온도(K)로 옳은 것은? (단, 기체는 이상기체이고 비열비는 두 경우에 같고 압축과정은 가역 단열과정이라고 가정한다.)
1660
2750
3900
41000
51200
정답 및 해설

900 kPa까지 압축했을 때의 온도는 900 K900\ \mathrm{K}이다.

이상기체의 가역 단열과정 관계식을 쓴다.
T2T1=(P2P1)k−1k\dfrac{T_2}{T_1}=\left(\dfrac{P_2}{P_1}\right)^{\frac{k-1}{k}}

첫 번째 압축에서 지수를 구한다.
600300=(400100)k−1k\dfrac{600}{300}=\left(\dfrac{400}{100}\right)^{\frac{k-1}{k}}, 즉 2=4k−1k2=4^{\frac{k-1}{k}}이므로 k−1k=12\dfrac{k-1}{k}=\dfrac{1}{2}

같은 지수를 두 번째 압축에 대입한다.
T2=300×(900100)12=300×3=900 KT_2=300\times\left(\dfrac{900}{100}\right)^{\frac{1}{2}}=300\times3=900\ \mathrm{K}

문제 17
두께가 25 mm이고, 안쪽 표면과 바깥 표면의 온도가 각각 30oC와 5oC인 나무 벽을 통한 두께 방향 일차원 열유속이 50 W/m2 일 때, 나무의 열전도율(W/(m․K))로 옳은 것은?
10.05
20.1
30.2
40.25
50.5
정답 및 해설

나무의 열전도율은 0.05 W/(m⋅K)0.05\ \mathrm{W/(m\cdot K)}이다.

푸리에 법칙: q=kΔTLq=k\dfrac{\Delta T}{L}

온도차는 ΔT=30−5=25 K\Delta T=30-5=25\ \mathrm{K}, 두께는 L=25 mm=0.025 mL=25\ \mathrm{mm}=0.025\ \mathrm{m}이다.
k=qLΔT=50×0.02525=0.05 W/(m⋅K)k=\dfrac{qL}{\Delta T}=\dfrac{50\times0.025}{25}=0.05\ \mathrm{W/(m\cdot K)}

문제 18
랭킨사이클(Rankine cycle)을 이상사이클로 적용하는 단순 증기원동소의 효율을 높이는 방법으로 옳은 것은?
1압축기의 배출압력을 증가시킴
2터빈에서 배출압력을 증가시킴
3보일러에서 배출압력을 감소시킴
4수증기의 최고 압력을 감소시킴
5보일러에서 과열시킴
정답 및 해설

단순 증기원동소의 효율을 높이는 방법은 보일러에서 과열시키는 것이다.

과열하면 평균 수열온도가 높아져 효율이 오르고, 터빈 출구 증기의 건도도 높아진다.

  • 압축기의 배출압력 증가: 랭킨 사이클의 가압 기기는 물을 보내는 펌프이고 압축기가 없어 해당되지 않는다.
  • 터빈 배출압력 증가: 평균 방열온도가 높아져 효율이 떨어진다.
  • 보일러 배출압력 감소: 증기 생성 온도가 낮아져 효율이 떨어진다.
  • 수증기 최고 압력 감소: 사이클의 평균 수열온도가 낮아져 효율이 떨어진다.
문제 19
균일한 밀도를 가진 물체를 비중이 2인 액체에 넣었더니 부피의 35\frac{3}{5}이 액체 속에 잠겼다. 이 물체의 비중으로 옳은 것은?
10.5
20.8
31.0
41.2
51.5
정답 및 해설

이 물체의 비중은 1.21.2이다.

물체가 떠 있으므로 물체의 무게 = 부력이다.
부력은 물체가 잠긴 부피만큼의 액체 무게와 같다.

물체의 비중을 ss, 전체 부피를 VV라 하면 다음과 같다.
sV=2×35VsV=2\times\dfrac{3}{5}V
s=2×35=1.2s=2\times\dfrac{3}{5}=1.2

문제 20
피스톤-실린더계 내부에 압력이 P이고 온도가 400 K인 이상기체가 있다. 실린더 내부 체적이 두 배가 되고 온도가 300 K가 되도록 피스톤을 움직였을 때 기체의 압력으로 옳은 것은?
118\frac{1}{8}P
214\frac{1}{4}P
338\frac{3}{8}P
412\frac{1}{2}P
558\frac{5}{8}P
정답 및 해설

나중 압력은 38P\dfrac{3}{8}P이다.

이상기체 상태식에서 기체의 양이 일정하므로 다음이 성립한다.
P1V1T1=P2V2T2\dfrac{P_1V_1}{T_1}=\dfrac{P_2V_2}{T_2}

V2=2V1V_2=2V_1, T1=400 KT_1=400\ \mathrm{K}, T2=300 KT_2=300\ \mathrm{K}를 대입한다.
P2=P×V12V1×300400=P×12×34=38PP_2=P\times\dfrac{V_1}{2V_1}\times\dfrac{300}{400}=P\times\dfrac{1}{2}\times\dfrac{3}{4}=\dfrac{3}{8}P

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총 20문항 · 객관식 · 정답·해설 포함
문제 1
금속 박판의 성형 시 변형이 끝난 후 박판에 가해진 굽힘력이 제거되면 굽혀진 공작물 내에 남아 있는 탄성에너지로 인해 변형량의 일부분이 복원되는 현상을 나타내는 용어로 옳은 것은?
1과도굽힘(overbending)
2바터밍(bottoming)
3스프링백(springback)
4시밍(seaming)
5헤밍(hemming)
정답 및 해설

굽힘력을 제거했을 때 변형량의 일부가 되돌아오는 현상은 스프링백(springback)이다.

소성변형과 함께 재료 안에 저장된 탄성에너지가 하중 제거 후 풀리면서 굽힘각이 일부 벌어진다.

  • 과도굽힘(overbending): 되돌아올 양을 예상해 목표보다 더 굽히는 보정 방법이다.
  • 바터밍(bottoming): 펀치를 끝까지 눌러 판재를 다이 바닥에 밀착시켜 복원을 줄이는 방법이다.
  • 시밍(seaming): 판재 끝을 서로 접어 맞물려 잇는 가공이다.
  • 헤밍(hemming): 판재 가장자리를 접어 강성과 안전성을 높이는 가공이다.
문제 2
다음 중 열가소성 수지와 열경화성 수지에 따라 적절한 제조공정으로 연결된 것으로 옳은 것은?
1사출성형 – 열가소성 수지, 압축성형 - 열경화성 수지
2압출 – 열가소성 수지, 열성형 - 열경화성 수지
3취입성형 – 열가소성 수지, 압출 - 열경화성 수지
4전사성형 – 열가소성 수지, 사출성형 - 열경화성 수지
5열성형 – 열가소성 수지, 취입성형 - 열경화성 수지
정답 및 해설

올바른 연결은 사출성형 – 열가소성 수지, 압축성형 – 열경화성 수지이다.

가열하면 다시 녹는 열가소성 수지는 사출·압출·취입·열성형에 쓰고, 한 번 굳으면 다시 녹지 않는 열경화성 수지는 주로 금형 안에서 경화시키는 압축성형·전사성형에 쓴다.

  • 압출 – 열가소성, 열성형 – 열경화성: 열성형은 가열한 열가소성 시트를 모양대로 성형하는 공정이다.
  • 취입성형 – 열가소성, 압출 – 열경화성: 압출은 대표적인 열가소성 수지 공정이다.
  • 전사성형 – 열가소성, 사출성형 – 열경화성: 전사성형은 열경화성, 사출성형은 열가소성 수지의 대표 공정으로 연결이 뒤바뀌었다.
  • 열성형 – 열가소성, 취입성형 – 열경화성: 취입성형은 페트병처럼 열가소성 수지를 불어 성형하는 공정이다.
문제 3
다음 중 숏피닝(shot peening)에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?
1숏을 강재 표면에 분사하여 표면층에 압축응력을 발생시킨다.
2숏피닝은 재료 중심부의 연성을 증가시킨다.
3숏의 재질로 냉간주철, 주강, 강철 등이 쓰인다
4숏피닝 작업에는 피닝작업과 청정작업이 있다.
5숏피닝은 냉간가공법이다.
정답 및 해설

옳지 않은 설명은 숏피닝이 재료 중심부의 연성을 증가시킨다는 내용이다.

숏피닝(shot peening)은 표면층만 소성변형시켜 가공경화와 압축잔류응력을 주는 방법으로, 중심부 성질은 거의 변하지 않는다.

  • 표면층 압축응력 발생: 옳은 설명으로, 이 압축응력이 피로강도를 높인다.
  • 숏의 재질: 냉간주철, 주강, 강철 등이 쓰인다는 옳은 설명이다.
  • 피닝작업과 청정작업: 표면 강화뿐 아니라 표면의 스케일 제거 등 청정 목적으로도 쓰인다.
  • 냉간가공법: 재결정온도 이하에서 표면을 두드려 가공하므로 옳은 설명이다.
문제 4
다음 중 판금가공의 절단 공정에 해당하는 것끼리 표시된 것으로 옳은 것은?
1헤밍(hemming), 커팅오프(cutting off)
2V-벤딩(v-bending), 플랜징(flanging)
3전단, 시밍(seaming)
4코이닝(coining), 엠보싱(embossing)
5블랭킹(blanking), 펀칭(punching)
정답 및 해설

판금 절단 공정끼리 묶인 것은 블랭킹(blanking)과 펀칭(punching)이다.

둘 다 판재를 전단으로 잘라내는 공정이며, 블랭킹은 뽑아낸 쪽이, 펀칭은 구멍이 뚫린 쪽이 제품이 된다.

  • 헤밍, 커팅오프: 커팅오프는 절단이지만 헤밍은 가장자리를 접는 굽힘 가공이다.
  • V-벤딩, 플랜징: 둘 다 굽힘 계열의 성형 가공이다.
  • 전단, 시밍: 전단은 절단이지만 시밍은 판 끝을 접어 잇는 가공이다.
  • 코이닝, 엠보싱: 둘 다 금형으로 표면에 형상을 만드는 압인·성형 가공이다.
문제 5
다음 중 나사 풀림에 영향을 주는 요소들에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?
1나사각이 커지면, 풀림 경향이 커진다.
2초기 조임이 커지면, 풀림을 시작하기 위해 극복해야 할 마찰력이 커진다.
3마찰계수를 증가시키는 표면처리와 표면상태는 풀림을 감소시킨다.
4헬리컬 와셔는 상대 금속표면에 맞물리도록 뾰족한 돌출부를 평평하게 만드는 원리에 의하여 풀림을 감소시킨다.
5가는 나사가 보통 나사보다 쉽게 풀리는 경향이 있다.
정답 및 해설

옳지 않은 설명은 가는 나사가 보통 나사보다 쉽게 풀린다는 내용이다.

가는 나사는 피치가 작아 리드각이 작으므로 자립성이 좋고, 보통 나사보다 잘 풀리지 않는다.

  • 나사각 증가: 나사면의 경사(리드각)가 급해져 미끄러지기 쉬우므로 풀림 경향이 커진다.
  • 초기 조임 증가: 접촉면의 수직력이 커져 극복해야 할 마찰력도 커진다.
  • 마찰계수를 높이는 표면처리: 풀리는 방향의 저항이 커져 풀림이 줄어든다.
  • 헬리컬 와셔: 조일 때 눌려 평평해지면서 끝단이 상대 표면을 물어 풀림을 줄인다.
문제 6
다음 중 회전축의 위험속도에 대한 설명으로 옳은 것은?
13차 고유진동수가 1차, 2차 고유진동수보다 위험하다.
2위험속도는 가로 진동만 고려한다.
3위험속도는 비틀림 진동만 고려한다.
4위험속도에 도달하면 진폭이 커지게 된다.
5축의 회전수를 고유진동수의 ±5% 이상 떨어지게 한다.
정답 및 해설

회전축이 위험속도에 도달하면 진폭이 커진다.

회전수가 축의 고유진동수와 일치하면 공진이 일어나 진동이 크게 증폭되기 때문이다.

  • 3차가 1차·2차보다 위험하다: 통상 가장 낮은 1차 위험속도를 가장 중요하게 다루므로 틀렸다.
  • 가로 진동만 고려한다: 비틀림 진동도 함께 고려해야 한다.
  • 비틀림 진동만 고려한다: 가로 진동도 함께 고려해야 한다.
  • 고유진동수의 ±5% 이상 떨어지게 한다: 공진 영역을 피하기에 여유가 부족하며, 이보다 충분히 크게 떨어뜨려 운전해야 한다.
문제 7
두께가 t인 판재에 펀치를 사용하여 지름 d인 구멍을 만들고자 한다. 이때 펀치에 가해지는 하중 P를 구하는 식으로 옳은 것은? (단, 재료의 전단강도는 τ이며, 원주율은 π이다.)
1P = π⋅d⋅t⋅τ
2P = π / (d⋅t⋅τ)
3P = π⋅d / (t⋅τ)
4P = π⋅d⋅t / τ
5P = 1 / (π⋅d⋅t⋅τ)
정답 및 해설

펀치 하중은 P=πdtτP=\pi d t\tau로 구한다.

잘리는 면은 둘레 πd\pi d에 두께 tt를 곱한 원통면이므로 전단면적은 A=πdtA=\pi d t이다.
하중은 전단강도 × 전단면적이므로 P=τA=πdtτP=\tau A=\pi d t\tau이다.

  • P=πdtτP=\dfrac{\pi}{d t\tau}: 지름·두께·강도가 커질수록 하중이 줄어 실제와 반대이다.
  • P=πdtτP=\dfrac{\pi d}{t\tau}: 두께와 강도가 커질수록 하중이 줄어 실제와 반대이다.
  • P=πdtτP=\dfrac{\pi d t}{\tau}: 전단강도가 클수록 하중이 줄어 실제와 반대이다.
  • P=1πdtτP=\dfrac{1}{\pi d t\tau}: 관계가 통째로 역수여서 실제와 반대이다.
문제 8
초기 온도 20°C에 양쪽 벽에 고정된 봉이 있으며 이때 내부 응력은 없다. 봉을 10°C까지 냉각시켰고 그 결과 봉의 내부에 응력이 발생하였다. 응력(MPa)으로 옳은 것은? (단, 봉의 탄성계수 E=200 GPa이고, 선팽창계수 α=1.5×10-6 (1/°C)이다.)
13
26
312
424
530
정답 및 해설

양단이 고정된 봉을 냉각하면 수축이 구속되어 3 MPa의 열응력(인장)이 발생한다.

봉이 자유롭게 줄어들 변형률만큼 벽이 봉을 잡아당기므로 응력은 탄성계수 × 열변형률이다.
σ=EαΔT\sigma = E\alpha\Delta T
σ=(200×103 MPa)(1.5×10−6 /∘C)(10 ∘C)\sigma = (200\times10^{3}\ \mathrm{MPa})(1.5\times10^{-6}\ \mathrm{/^\circ C})(10\ \mathrm{^\circ C})
σ=3 MPa\sigma = 3\ \mathrm{MPa}

온도 1°C당 응력은 0.3 MPa이므로 나머지 값은 온도차가 다를 때의 결과다.

  • 6 MPa는 온도차가 20°C일 때의 값으로, 초기 온도를 온도차로 잘못 대입한 결과다.
  • 12 MPa는 온도차가 40°C여야 나오는 값이다.
  • 24 MPa는 온도차가 80°C여야 나오는 값이다.
  • 30 MPa는 온도차가 100°C여야 나오는 값이다.
문제 9
인장항복강도가 400 MPa인 연강 원형봉에 62.8 kN의 인장하중이 가해지는 경우 안전하게 (안전율 S=2) 사용이 가능한 최소 직경(cm)으로 옳은 것은? (단, 원주율은 3.14이다.)
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22
33
44
55
정답 및 해설

안전하게 쓸 수 있는 최소 직경은 2 cm2\ \mathrm{cm}이다.

허용응력: σa=σYS=4002=200 MPa=200 N/mm2\sigma_a=\dfrac{\sigma_Y}{S}=\dfrac{400}{2}=200\ \mathrm{MPa}=200\ \mathrm{N/mm^2}

필요 단면적: A=Pσa=62800 N200 N/mm2=314 mm2A=\dfrac{P}{\sigma_a}=\dfrac{62800\ \mathrm{N}}{200\ \mathrm{N/mm^2}}=314\ \mathrm{mm^2}

직경: πd24=314\dfrac{\pi d^2}{4}=314에서 d2=4×3143.14=400d^2=\dfrac{4\times314}{3.14}=400
d=20 mm=2 cmd=20\ \mathrm{mm}=2\ \mathrm{cm}

문제 10
그림과 같이 길이가 a인 외팔보의 b 지점에 집중하중 P가 가해질 때 굽힘모멘트 선도의 모양으로 옳은 것은?
1
2
3
4
5
정답 및 해설

굽힘모멘트 선도는 고정단에서 크기가 가장 크고 하중점 b까지 직선으로 줄어든 뒤, b부터 자유단 a까지는 0인 삼각형 모양이다.

고정단에서 거리 xx인 단면의 모멘트는 그 단면보다 자유단 쪽에 있는 하중만으로 정해진다.
M(x)=−P(b−x)(0≤x≤b)M(x) = -P(b-x)\quad (0\le x\le b)
M(x)=0(b≤x≤a)M(x) = 0\quad (b\le x\le a)
따라서 고정단의 모멘트 크기는 PbPb이고, b에서 0이 된다.

  • b까지 크기가 일정한 직사각형 선도는 전단력이 0인 구간의 모양으로, 전단력이 PP로 일정한 이 구간과 맞지 않는다.
  • a까지 크기가 일정한 직사각형 선도는 끝단에 우력이 작용할 때의 모양이다.
  • b에서 부호가 바뀌어 a까지 이어지는 직선 선도는 하중이 없는 b~a 구간에 모멘트가 생긴다고 보는 것이어서 틀리다.
  • a에서 0이 되는 삼각형 선도는 하중이 자유단 a에 작용할 때의 모양이다.
문제 11
길이가 0.5 m이고, 직경이 10 mm인 원형단면봉이 수직하중만 받고 있으며 이 때 응력이 σ이다. 동일한 하중조건에서 원형단면봉의 길이를 1 m로 늘리고 직경을 5 mm로 줄였을 때 수직응력으로 옳은 것은?
114\frac{1}{4}σ
212\frac{1}{2}σ
3σ
42σ
54σ
정답 및 해설

직경을 줄인 뒤의 수직응력은 4σ4\sigma이다.

수직응력은 σ=PA\sigma=\dfrac{P}{A}로 단면적에만 좌우되고, 봉의 길이와는 무관하다.

단면적은 A=πd24A=\dfrac{\pi d^2}{4}로 직경의 제곱에 비례한다.
직경이 12\dfrac{1}{2}배이면 단면적은 14\dfrac{1}{4}배이다.
따라서 응력은 σ′=PA/4=4σ\sigma'=\dfrac{P}{A/4}=4\sigma이다.

문제 12
질량이 같은 당구공 A와 B가 일직선 상에서 각각 10 m/s, 5 m/s의 속도로 우측으로 이동 중이다. 반발계수가 0.8일 때, 당구공 A가 당구공 B와 충돌한 후 두 공의 속도(m/s)로 옳은 것은? (단, 모든 마찰은 무시한다.)
1VA = 5 VB = 10
2VA = 5.5 VB = 9.5
3VA = 6 VB = 9
4VA = 6.5 VB = 8.5
5VA = 7 VB = 8
정답 및 해설

운동량 보존과 반발계수 식을 연립하면 충돌 후 속도는 VA=5.5 m/sV_A = 5.5\ \mathrm{m/s}, VB=9.5 m/sV_B = 9.5\ \mathrm{m/s}이다.

질량이 같으므로 운동량 보존식에서 질량이 소거된다.
10+5=VA+VB10 + 5 = V_A + V_B
VA+VB=15V_A + V_B = 15

반발계수는 충돌 전후 상대속도의 비이다.
e=VB−VA10−5=0.8e = \dfrac{V_B - V_A}{10 - 5} = 0.8
VB−VA=4V_B - V_A = 4

두 식을 더하면 2VB=192V_B = 19이므로 VB=9.5 m/sV_B = 9.5\ \mathrm{m/s}이고, VA=5.5 m/sV_A = 5.5\ \mathrm{m/s}이다.

  • VA = 5, VB = 10은 상대속도 차가 5로 반발계수가 1인 완전탄성충돌의 값이다.
  • VA = 6, VB = 9는 상대속도 차가 3으로 반발계수가 0.6이다.
  • VA = 6.5, VB = 8.5는 상대속도 차가 2로 반발계수가 0.4이다.
  • VA = 7, VB = 8은 상대속도 차가 1로 반발계수가 0.2이다.
문제 13
물체가 스프링에 수직으로 매달려서 1 Hz의 주파수와 10 mm의 진폭으로 진동한다. 물체가 정적평형지점(변위=0 mm인 지점)을 통과한 후 0.5초 경과된 시점의 변위(mm)와 진동수(rad/s)로 옳은 것은? (단, 원주율은 3.14이다.)
10, 3.14
25, 3.14
30, 6.28
410, 6.28
510, 12.56
정답 및 해설

0.5초 후 변위는 0 mm0\ \mathrm{mm}, 각진동수는 6.28 rad/s6.28\ \mathrm{rad/s}이다.

단위가 rad/s\mathrm{rad/s}이므로 발문의 진동수는 각진동수를 뜻한다.
ω=2πf=2×3.14×1=6.28 rad/s\omega=2\pi f=2\times3.14\times1=6.28\ \mathrm{rad/s}

주기는 T=1f=1 sT=\dfrac{1}{f}=1\ \mathrm{s}이므로 0.5초는 반주기이다.
평형점을 지난 뒤 반주기가 되면 물체는 반대 방향으로 다시 평형점을 지난다.
x=10sin⁡(2π×1×0.5)=0 mmx=10\sin(2\pi\times1\times0.5)=0\ \mathrm{mm}

문제 14
효율이 80%인 윈치(winch)가 50 kN의 화물을 12 m 올리는데 1분이 걸렸다. 윈치의 소요동력(kW)으로 옳은 것은?
18.0
210.0
312.5
419.5
529.5
정답 및 해설

윈치의 소요동력은 12.5 kW12.5\ \mathrm{kW}이다.

화물을 올리는 동력: H=Fst=50 kN×12 m60 s=10 kWH=\dfrac{Fs}{t}=\dfrac{50\ \mathrm{kN}\times12\ \mathrm{m}}{60\ \mathrm{s}}=10\ \mathrm{kW}

소요동력은 이 값을 효율로 나눈 값이다.
H0=Hη=100.8=12.5 kWH_0=\dfrac{H}{\eta}=\dfrac{10}{0.8}=12.5\ \mathrm{kW}

문제 15
다음 중 유체에서 공동현상(캐비테이션, cavitation)에 대한 설명으로 옳은 것은?
1유체의 압력이 국부적으로 매우 높아질 때 발생한다.
2회전하는 프로펠러 끝단 유체의 저속⋅고압 와류에서 발생한다.
3캐비테이션수가 임계캐비테이션수보다 클 때 발생한다.
4유체가 액체에서 증기로 빠르게 변화한다.
5유체에 압력파동을 만들어 주어서 캐비테이션을 방지할 수 있다.
정답 및 해설

공동현상의 본질은 유체가 액체에서 증기로 빠르게 변화하는 것이다.

국부 압력이 포화증기압 이하로 떨어지면 액체가 기화해 기포가 생기고, 이 기포가 고압부에서 터지며 소음과 침식을 일으킨다.

  • 압력이 국부적으로 매우 높아질 때 발생: 반대로 압력이 낮아질 때 발생한다.
  • 프로펠러 끝단의 저속·고압 와류에서 발생: 실제로는 고속·저압 와류에서 발생한다.
  • 캐비테이션수가 임계값보다 클 때 발생: 임계값보다 작아질 때 발생한다.
  • 압력파동으로 방지: 압력이 순간적으로 떨어지는 구간이 생겨 오히려 발생을 부추긴다.
문제 16
압축기로 100 kPa, 300 K의 기체가 흡입된 후 400 kPa, 600 K로 압축되었다. 이 기체가 100 kPa, 300 K의 상태로 흡입되어 900 kPa으로 압축된다면 이때 온도(K)로 옳은 것은? (단, 기체는 이상기체이고 비열비는 두 경우에 같고 압축과정은 가역 단열과정이라고 가정한다.)
1660
2750
3900
41000
51200
정답 및 해설

900 kPa까지 압축했을 때의 온도는 900 K900\ \mathrm{K}이다.

이상기체의 가역 단열과정 관계식을 쓴다.
T2T1=(P2P1)k−1k\dfrac{T_2}{T_1}=\left(\dfrac{P_2}{P_1}\right)^{\frac{k-1}{k}}

첫 번째 압축에서 지수를 구한다.
600300=(400100)k−1k\dfrac{600}{300}=\left(\dfrac{400}{100}\right)^{\frac{k-1}{k}}, 즉 2=4k−1k2=4^{\frac{k-1}{k}}이므로 k−1k=12\dfrac{k-1}{k}=\dfrac{1}{2}

같은 지수를 두 번째 압축에 대입한다.
T2=300×(900100)12=300×3=900 KT_2=300\times\left(\dfrac{900}{100}\right)^{\frac{1}{2}}=300\times3=900\ \mathrm{K}

문제 17
두께가 25 mm이고, 안쪽 표면과 바깥 표면의 온도가 각각 30oC와 5oC인 나무 벽을 통한 두께 방향 일차원 열유속이 50 W/m2 일 때, 나무의 열전도율(W/(m․K))로 옳은 것은?
10.05
20.1
30.2
40.25
50.5
정답 및 해설

나무의 열전도율은 0.05 W/(m⋅K)0.05\ \mathrm{W/(m\cdot K)}이다.

푸리에 법칙: q=kΔTLq=k\dfrac{\Delta T}{L}

온도차는 ΔT=30−5=25 K\Delta T=30-5=25\ \mathrm{K}, 두께는 L=25 mm=0.025 mL=25\ \mathrm{mm}=0.025\ \mathrm{m}이다.
k=qLΔT=50×0.02525=0.05 W/(m⋅K)k=\dfrac{qL}{\Delta T}=\dfrac{50\times0.025}{25}=0.05\ \mathrm{W/(m\cdot K)}

문제 18
랭킨사이클(Rankine cycle)을 이상사이클로 적용하는 단순 증기원동소의 효율을 높이는 방법으로 옳은 것은?
1압축기의 배출압력을 증가시킴
2터빈에서 배출압력을 증가시킴
3보일러에서 배출압력을 감소시킴
4수증기의 최고 압력을 감소시킴
5보일러에서 과열시킴
정답 및 해설

단순 증기원동소의 효율을 높이는 방법은 보일러에서 과열시키는 것이다.

과열하면 평균 수열온도가 높아져 효율이 오르고, 터빈 출구 증기의 건도도 높아진다.

  • 압축기의 배출압력 증가: 랭킨 사이클의 가압 기기는 물을 보내는 펌프이고 압축기가 없어 해당되지 않는다.
  • 터빈 배출압력 증가: 평균 방열온도가 높아져 효율이 떨어진다.
  • 보일러 배출압력 감소: 증기 생성 온도가 낮아져 효율이 떨어진다.
  • 수증기 최고 압력 감소: 사이클의 평균 수열온도가 낮아져 효율이 떨어진다.
문제 19
균일한 밀도를 가진 물체를 비중이 2인 액체에 넣었더니 부피의 35\frac{3}{5}이 액체 속에 잠겼다. 이 물체의 비중으로 옳은 것은?
10.5
20.8
31.0
41.2
51.5
정답 및 해설

이 물체의 비중은 1.21.2이다.

물체가 떠 있으므로 물체의 무게 = 부력이다.
부력은 물체가 잠긴 부피만큼의 액체 무게와 같다.

물체의 비중을 ss, 전체 부피를 VV라 하면 다음과 같다.
sV=2×35VsV=2\times\dfrac{3}{5}V
s=2×35=1.2s=2\times\dfrac{3}{5}=1.2

문제 20
피스톤-실린더계 내부에 압력이 P이고 온도가 400 K인 이상기체가 있다. 실린더 내부 체적이 두 배가 되고 온도가 300 K가 되도록 피스톤을 움직였을 때 기체의 압력으로 옳은 것은?
118\frac{1}{8}P
214\frac{1}{4}P
338\frac{3}{8}P
412\frac{1}{2}P
558\frac{5}{8}P
정답 및 해설

나중 압력은 38P\dfrac{3}{8}P이다.

이상기체 상태식에서 기체의 양이 일정하므로 다음이 성립한다.
P1V1T1=P2V2T2\dfrac{P_1V_1}{T_1}=\dfrac{P_2V_2}{T_2}

V2=2V1V_2=2V_1, T1=400 KT_1=400\ \mathrm{K}, T2=300 KT_2=300\ \mathrm{K}를 대입한다.
P2=P×V12V1×300400=P×12×34=38PP_2=P\times\dfrac{V_1}{2V_1}\times\dfrac{300}{400}=P\times\dfrac{1}{2}\times\dfrac{3}{4}=\dfrac{3}{8}P