[기계설계기사 필기] 12년 1회차 기출문제 정답·해설 페이지

길이가 L이고 직경이 d인 축과 동일 재료로 만든 길이 3L인 축이 같은 크기의 비틀림모멘트를 받았을 때, 같은 각도만큼 비틀어지게 하려면 직경은 얼마가 되어야 하는가?

그림과 같이 지름 6mm 강선의 상단을 고정하고 하단에 지름 d1 = 100mm의 추를 달고 접선방향에 F = 10N 의 힘을 작용시켜 비틀면 강선이 ø=6.2°로 비틀어졌다. 이 때 강선의 길이가 ℓ=2m라면 이 강선의 전단 탄성계수는 약 몇 GPa 인가?

12

84

18

73

비틀림각 공식 $\phi = \dfrac{T l}{G I_p}$에서 $G = \dfrac{T l}{I_p \phi}$로 구한다.
토크
$T = F \times \dfrac{d_1}{2} = 10 \times 0.05 = 0.5\,N\cdot m$
극단면 2차모멘트
$I_p = \dfrac{\pi d^4}{32} = \dfrac{\pi (0.006)^4}{32} \approx 1.272\times10^{-10}\,m^4$
비틀림각을 라디안으로 변환하면
$\phi = 6.2^\circ \times \dfrac{\pi}{180} \approx 0.1082\,rad$
따라서
$G = \dfrac{0.5 \times 2}{1.272\times10^{-10} \times 0.1082} \approx 7.27\times10^{10}\,Pa \approx 73\,GPa$
로 73GPa가 된다.

그림과 같이 평면응력 조건하에 600kPa의 인장응력과 400kPa의 압축응력이 작용할 때 인장응력이 작용하는 면과 30° 의 각도를 이루는 경사면에 생기는 수 직응력은 몇 kPa인가?

150

250

350

450

중앙에 집중 모멘트 M0(kN·m)가 작용하는 길이 L의 단순 지지보 내의 최대 굽힘응력은? (단, 보의 단면은 직경이 2a인 원이다.)

그림과 같은 일단고정 타단 지지보에서 B점에서의 모멘트 Mb는 몇 kN·m 인가? (단, 균일단면보이며, 굽힘강성(EI)은 일정하다.)

800

2000

3200

4000

그림에서와 같이 지름이 50cm, 무게가 100N의 잔디밭용 롤러를 높이 5cm의 계단위로 밀어서 막 움직이게 하는데 필요한 힘 F는 몇 N인가?

200

87

125

153

길이 3m의 부재가 하중을 받아 1.2mm 늘어났다. 이때 선형 탄성 거동을 갖는 부재의 변형률은?

3.6×10-4

3.6×10-3

4×10-4

4×10-3

순수굽힘을 받는 선형 탄성 균일단면보의 전단력 F와 굽힘모멘트 M 및 분포하중 ω[N/m]사이에 옳은 관계식은?

그림에서 클램프(clamp)의 압축력이 P = 5 kN 일때 m-n단면의 최소두께 h를 구하면 몇 cm 인가? (단, 직사각형 단면의 폭 b=10mm, 편심거리 e=50mm, 재료의 허용응력 σw=150MPa이다.)

1.34

2.34

3.34

4.34

다음과 같은 부재에 축 하중 P=15kN이 가해졌을 때, x방향의 길이는 0.003mm 증가하고 z 방향의 길이는 0.0002mm 감소하였다면 이 선형 탄성 재료의 포아송 비는?

0.28

0.30

0.33

0.35

그림과 같이 노치가 있는 둥근봉이 인장력 P = 10kN을 받고 있다. 노치의 응력 집중계수가 α= 2.5 라면, 노치부의 최대응력은 약 몇 MPa인가? (단위 : mm)

3180

51

221

318

그림과 같이 10 cm × 10 cm의 단면적을 갖고 양단이 회전단으로 된 부재가 중심축 방향으로 압축력 P가 작용하고 있을 때 장주의 길이가 2m라면 세장비는?

890

69

49

29

그림과 같은 보가 집중하중 P 를 받고 있다. 최대굽힘 모멘트의 크기는?

PL

PL/2

PL/4

PL/8

동일한 전단력이 작용할 때 원형 단면 보의 지름 D를 3D로 크게 하면 최대 전단응력 τmax는 어떻게 되는가?

9τmax

3τmax

1/3τmax

1/9τmax

지름 d인 원형 단면봉이 비틀림 모멘트 T를 받을 때, 봉의 표면에 발생하는 최대 전단응력은? (단, G는 전단 탄성계수, θ는 봉의 단위 길이마다의 비틀림 각이다.)

1/2G2θd

1/2Gθ2d

1/2Gθd2

1/2Gθd

단면적이 일정한 강봉이 인장하중 W를 받아 탄성 한계내에서 인장응력 σ가 발생하고, 이 때의 변형률이 ε이었다. 이 강봉의 단위체적 속에 저장되는 탄성에너지 U를 나타내는 식은? (단, 강봉의 탄성계수는 E 이다.)

U=1/2Eσ2

U=1/2σε2

U=1/2Eε2

U=1/2Eε

그림과 같이 외팔보의 중앙에 집중 하중 P가 작용하면 자유단의 처짐은? (단, 보의 굽힘강성 EI는 일정하고, L은 보의 전체의 길이이다.)

두 변의 길이가 각각 b, h인 직사각형의 한 모서리 점에 관한 극관성 모멘트는?

그림과 같이 재료와 단면적이 같고 길이가 서로 다른 강봉에 지지되어 있는 보에 하중을 가해 수평으로 유지하기 위한 비 a/b 는?

길이 3m의 직사각형 단면을 가진 외팔보에 단위 길이당 ω의 등분포하중이 작용하여 최대 굽힘응력 50MPa이 발생할 경우 최대 전단응력은 약 몇 MPa인가? (단, 단면의 치수 폭×높이(b×h) = 6cm×10cm 이다.)

0.83

1.25

0.63

1.45

용접 피복제의 역할로 틀린 것은?

아크의 연속성, 집중성, 안정성을 준다.

용접에 필요한 원소를 보충한다.

전기 절연작용을 한다.

모재 표면의 산화물을 생성해 준다.

일반적으로 저탄소강을 초경합금으로 선반가공 할 때, 힘의 크기가 가장 큰 것은?

이송분력(axial component of cutting force)

배분력(radial component of cutting force)

주분력(vertical component of cutting force)

부분력(sub-component of cutting force)

스플라인 구멍의 홈을 가공하거나 복잡한 형상의 구멍을 정밀하게 가공할 수 있고, 대량생산을 하기에 적합한 공작기계는?

보링머신

슬로팅 머신

브로칭 머신

펠로즈 기어 셰이퍼

공기마이크로미터의 특징 설명으로 틀린 것은?

배율이 높고 정도가 좋다.

접촉 측정자를 사용하지 않을 때에는 측정력이 거의 0에 가깝다.

측정물에 부착된 기름이나 먼지를 분출공기로 불어내므로 보다 정확한 측정이 가능하다.

비교측정기로서 큰 치수(1개)와 작은 치수(2개)로 이루어진 마스터가 최소 3개 필요하다.

선반의 전 소비동력은 다음 중 3가지 동력을 합한 것이다. 이 3가지에 해당하지 않는 것은?

손실동력

유효절삭동력

이송동력

회전동력

두께 2mm, C = 0.2%의 경질 탄소강판에 지름 25mm의 구멍을 펀치로 뚫을 때, 전단하중 P = 30.80 kN 라면 전단응력은 약 몇 MPa 인가?

196

212

246

288

금속산화물의 산소와 알루미늄 분말과의 화학반응에 의해 발생하는 열을 이용한 용접 방법은?

원자수소 용접법

프로젝션 용접법

테르밋 용접법

플래시 용접법

다음 중 센터리스 연삭기에 사용하지 않는 부품은?

양 센터

조정 숫돌

연삭 숫돌

가공물 지지대

인발가공에서 인발 조건의 인자(因子)로 거리가 먼 것은?

역장력(back tension)

마찰력(friction force)

다이각(die angle)

절곡력(folding force)

가스침탄법에서 침탄층의 깊이를 증가시킬 수 있는 첨가 원소는?

Si

Mn

Al

N

다음 중 다이아몬드, 수정 등 보석류 가공에 가장 적합한 것은?

초음파 가공

방전 가공

수퍼피니싱 가공

전해 가공

연삭숫돌의 결합제(bond)중 주성분이 점토와 장석이며 연삭숫돌의 90% 이상을 차지할 만큼 많이 사용하는 결합제는?

비트리파이드 (vitrified)

실리케이트 (silicate)

레지노이드 (resinoid)

셀락 (shellac)

피측정물을 확대 관측하여 복잡한 모양의 윤곽, 좌표의 측정, 나사 요소의 측정 등과 같이 단독 요소의 측정기로는 측정할 수 없는 부분을 측정하기에 적합한 측정기는?

피치 게이지

나사 마이크로미터

공구 현미경

센터 게이지

내접 기어(internal gear)를 절삭하는 공작기계로 다음 중 가장 적합한 것은?

플레이너

브로칭 머신

글리슨 기어 제너레이터

펠로즈 기어 셰이퍼

프레스(press)가공에서 굽힘성형가공이 아닌 것은?

플랜징(flanging)

컬링(curling)

브로칭(broaching)

벤딩(bending)

코킹(Caulking)이란 어떤 작업인가?

강판의 가장자리를 굽히는 작업이다.

용기의 기밀을 유지하기 위하여, 리벳이음을 한 철판의 경계부를 공구로 타격하여 밀착시키는 것이다.

강판을 롤러 가공을 할 때 끝을 굽히는 작업이다.

제관이 끝난 후 기밀시험을 하기 위한 수압시험을 뜻한다.

목형용 목재의 방부법이 아닌 것은?

도포법

야적법

침투법

충진법

프레스 가공에서 압축가공의 종류가 아닌 것은?

스웨이징 가공

코이닝 가공

업셋팅 가공

드로잉 가공

200mm의 사인바를 사용하여 각도를 측정하려고 한다. 사인바 양단에 설치된 게이지 블록의 높이차가 41.5mm일 때 사인바가 이루는 각도는 약 몇°인가?

11.98°

20.04°

46.67°

78.02°

이음매 없는 강관을 제조하는 방법으로 적합하지 않은 가공법은?

만네스만 천공법

인발

압출

맞대기 심 용접

1초당 50리터의 물을 수송하는 바깥지름 165mm, 두께 5mm인 강관에 대해 설계 검증하고자 할 때 다음 중 틀린 것은? (단, 관의 허용응력은 100MPa이며, 기타 사항은 무시한다.)

관 내부의 단면적은 약 0.01887m2

관 내부의 유속은 약 2.65 m/s 이다.

시간당 유량은 약 180 m3/h 이다.

관에는 최대 3.226 MPa의 내압을 가할 수 있다.

축은 가공하지 않고 회전체의 보스에만 키 홈을 내어 설치하는 키는?

반달키(woodruff key)

평키(flat key)

접선키(tangential key)

안장키(saddle key)

베어링 번호 6312인 볼베어링에 그리스 윤활로 45000 시간의 수명을 주고자 할 때, 최고사용회전수로 허용되어지는 베어링 하중의 최대 크기는 약 몇 N 인가? (단, 한계속도지수값(d·N)은 180000 mm ·rpm이며, 기본동적부하용량은 81.9kN이고, 하중계수는 1.5이다.)

2148

2717

3678

4082

축 설계 시 일반적인 고려사항으로 거리가 먼 것은?

강성

진동

마모

강도

브레이크 압력이 490kPa, 브레이크 드럼의 원주속도가 8m/s일 때 이 브레이크의 브레이크 용량(N ·m/s · mm2)은 얼마인가? (단, 마찰계수는 0.2이다.)

2.984

7.842

0.298

0.784

나사의 풀림방지 대책으로 적절하지 않은 것은?

스프링와셔 사용

홈붙이너트와 분할핀 사용

고정너트(lock nut) 사용

캡너트(cap nut) 사용

캡너트는 나사의 끝단을 보호하고 외관을 정리하는 역할만 하며 풀림 방지 기능이 없으므로 풀림방지 대책으로는 적절하지 않다.
나사 풀림방지 대책은 진동이나 반복적 하중으로 인한 나사의 이완을 방지하기 위한 방법이다.
스프링와셔: 탄성력으로 나사에 지속적인 압력을 가하여 풀림을 방지한다.
홈붙이너트와 분할핀: 기계적으로 나사산을 걸어잠가 풀림을 차단한다.
고정너트(lock nut): 두 개의 너트를 함께 사용하거나 자체 고정 구조로 풀림을 방지한다.

이론적으로 기어의 압력각이 14.5°일 때 언더컷을 일으키지 않는 한계 잇수는?

35개

32개

30개

17개

코일 스프링에서 하중을 P, 코일의 유효지름을 D, 소선의 지름을 d, 코일의 전단탄성계수를 G, 유 효감김수를 n이라 할 때 코일 스프링의 처짐량(δ)을 구하는 식은?

볼트에 가해지는 충격하중에 대하여 충격 에너지 흡수 능력을 크게 하고자 할 때 다음 중 가장 적합한 방법은?

볼트의 길이를 길게 하고, 볼트의 단면적도 크게 한다.

볼트의 길이를 길게 하고, 볼트의 단면적은 작게 한다.

볼트의 길이를 짧게 하고, 볼트의 단면적은 크게 한다.

볼트의 길이를 짧게 하고, 볼트의 단면적도 작게 한다.

원추 클러치에서 원추각이 마찰각 이하로 될 때 나타나는 현상으로 옳은 것은?

원추를 잡아 빼내는데 힘이 들어 불편하다.

축방향에 밀어 부치는 힘 P가 크게 된다.

시동할 때 클러치의 물리는 상태가 아주 원활하기 때문에 충격이 일어나지 않는다.

모양이 소형이 되므로 공작이 용이하다.

주철의 성장을 방지하는 일반적인 방법이 아닌 것은?

흑연을 미세하게 하여 조직을 치밀하게 한다.

C, Si 량을 감소시킨다.

탄화물 안정원소인 Cr, Mn, Mo, V 등을 첨가한다.

주철을 720℃ 정도에서 가열, 냉각시킨다.

강의 쾌삭성을 증가시키기 위하여 첨가하는 원소는?

Pb, S

Mo, Ni

Cr, W

Si, Mn

구상흑연 주철에서 흑연을 구상으로 만드는데 사용하는 원소는?

Ni

Ti

Mg

Cu

담금질 조직 중 가장 경도가 높은 것은?

펄라이트

마텐자이트

솔바이트

트루스타이트

노 안에서 페로실리콘(Fe-Si), 알루미늄 등의 강력한 탈산제를 첨가하여 충분히 탈산시킨 강괴는?

세미킬드 강괴

림드 강괴

캡드 강괴

킬드 강괴

고속도강의 제조에 사용되지 않는 원소는?

텅스텐(W)

바나듐(V)

알루미늄(Al)

크롬(Cr)

순철(pure iron)에 없는 변태는?

A1

A2

A3

A4

탄소공구강 재료의 구비 조건으로 틀린 것은?

상온 및 고온경도가 클 것

내마모성이 작을 것

가공 및 열처리성이 양호할 것

강인성 및 내충격성이 우수할 것

다음 재료 중 고강도 합금으로써 항공기용 재료에 사용되는 것은?

Naval brass

알루미늄 청동

베릴륨 동

Extra Super Duralumin(ESD)

금형의 표면과 중심부 또는 얇은부분과 두꺼운 부분 등에서 담금질할 때 균열이 발생하는 가장 큰 이유는?

마텐자이트 변태 발생 시간이 다르기 때문에

오스테나이트 변태 발생 시간이 다르기 때문에

트루스타이트 변태 발생 시간이 늦기 때문에

솔바이트 변태 발생 시간이 빠르기 때문에

3차의 베지어 패치(Bazier Patch)를 정의하는데 필요한 제어점(control points)의 수는?

4개

8개

12개

16개

B-rap 방식에 의한 솔리드모델링 표현에서 오일러 (Euler)관계식을 적용하기 위하여 인위적인 경계요소(면, 모서리, 꼭짓점)의 추가가 필요한 형상은?

직육면체

사면체 각뿔

오각 기둥

원환(torus)

다양한 형상을 미리 라이브러리로 형성해 놓고 이를 이용하여 형상을 모델링하는 솔리드 모델링 방법은?

경계 표현법(Boundary representation)

CSG(Constructive Solid Geometry)

공간 분할법(Spatial decomposition)

스윕 표현법(Sweep representation)

다음 중 전자가 형광체를 여기(excitation) 하여 발광을 하는 디스플레이 장치가 아닌 것은?

CRT(Cathode Ray Tube)

PDP(Plasma Display Panel)

VFD(Vacuum Fluorescent Display)

FED(Field Emission Display)

다음은 솔리드를 표현하는 여러 방법 중 CSG(Constructive Solid Geometry)와 B-Rap (Boundary Representation)을 비교한 것이다. 틀린 것은?

모따기와 라운딩같은 모델의 국부 수정은 B-Rep 방식이 더 유리하다.

CSG 모델에서는 모델의 생성과정에 관한 정보를 쉽게 알 수 있다

모델의 저장이 CSG가 명시적이라면 B-Rep은 묵시적이라 할 수 있다.

CSG 모델을 B-Rep으로 전환하는 것은 항상 가능한 일이다.

CSG 방식을 이용하여 다음의 솔리드 모델을 생성 하고자 한다. A, B, C에 들어갈 불리언(boolean) 연산자를 차례대로 표시한 것은? (∪ : 합집합, ∩ : 교집합, - : 차집합)

∪, ∩, ∩

∪, - -

- ∪, -

∩, ∪, ∩

곡선의 모델링시 주어진 데이터 점들의 양 끝점과 그 점에서의 접선벡터를 이용하여 3차 곡선을 정의하는 보간(interpolation)법은 무엇인가?

Hermite interpolation

Lagrange interpolation

Gaussian interpolation

Bezier interpolation

다음 그림은 어떤 형상의 와이어프레임(wire frame)모델이다. 이 모델은 그림에서와 같이 보는 관점에 따라서 여러 가지 모양으로 해석될 수 있는 문제점을 지닌다. 어떠한 정보가 추가되어야 정확한 형상을 표현할 수 있는가?

Egde

Surface

Curve

Vertex

3차원(3D) 변환에 있어서는 X, Y, Z의 모든 축을 고려해야 한다. 3차원상의 한 점 P = [1 1 1]을 X축에 대해 반시계방향으로 90° 회전한 후의 점 좌표로서 알맞은 것은?

[ 1 0 1 ]

[ 1 1 -1 ]

[ 1 -1 1]

[-1 1 1 ]

여러 가지 곡선을 모델링하는 경우의 일반적인 설명으로 틀린 것은?

B-spline 곡선은 한 개의 조정점이 바뀌어도 몇 개의 곡선 segment만 영향을 받고 나머지는 변하지 않는다.

Bezier 곡선은 n 차일 때 n+1 개의 조정점에 의하여 정의된다.

[ 0 0 0 1 1 1]은 NURBS의 절점벡터(knots vector)로 볼 수 있다.

NURBS 곡선표현은 모든 B-spline과 Bezier 곡선 표현이 가능한 것은 아니다.

평마찰차와 홀마찰차가 같은 힘으로 밀어붙일 때 회전력은 어떻게 되겠는가?

어느 것이나 다 같다.

평마찰차가 1.5배 가량 크다.

평마찰차가 2배 가량 크다.

홈마찰차가 더 크다.

원동자 지름 100mm, 회전수 500rpm이고, 종동차 지름 200mm인 벨트 전동장치에서 종동차의 회전수는 몇 rpm인가단, 벨트두께는 고려치 않는다.)

1000

500

250

2500

왕복 슬라이더 크랭크기구에서 구성요소가 아닌 것은?

크랭크

슬라이더

벨트

커넥팅로드

다음 평 벨트의 걸기 형태에서 접촉각이 가장 큰 것은?

이완측(slack side)을 위에 둔 바로걸기

이완측(slack side)을 아랫니 둔 바로걸기

엇 걸기(cross belting)

긴장 풀리(tension pulley)를 사용한 바로걸기

기어 이(齒)의 크기를 표시하는 방법이 아닌 것은?

모듈

원주 피치

이끌 높이

지름 피치

두 축이 만나지도 평행하지도 않는 경우에 사용된 기어로 바르게 짝지어진 것은?

하이포이드 기어, 웜 기어

웜 기어, 크라운 기어

크라운 기어, 베벨 기어

나사 기어, 헬리컬 기어

다음 중 캠 기구를 응용한 장치는?

내연기관 밸브 개폐장치

리프트 장치

배력장치

제도기계

기소 중에서 캠, 기어 등이 접촉하고 있는 대우는?

미끄럼대우

회전대우

구면대우

점선대우

사일런트 체인을 사용하는 주목적으로 가장 적합한 것은?

보다 정숙한 운전

큰 동력전달

자유로운 변속

체인 핀 마모방지

어떤 기구가 정지 상태에서 출발하여 1분 후에 시속 100km의 속도가 되었다. 이 기구의 가속도(m/s2)는?

0.463

1.67

13.89

27.78