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1[7급 국가직 기계설계] 22년 1회차
인장강도가 150 MPa이고 압축강도는 200 MPa이며, 지름 20 mm의 취성재료 축이 정적 토크 112.5 N․m를 받고 있다. 쿨롱-모어(Coulomb-Mohr) 이론을 적용할 때, 축의 안전계수는? (단, π=3\pi=3이다)
1
1.01
2
1.1
3
1.14
4
1.2
해설

순수 비틀림의 주응력을 쿨롱–모어 식에 넣으면 안전계수는 약 1.14이다.

최대 전단응력: τ=16Tπd3=16×112,5003×203=75 MPa\tau = \dfrac{16T}{\pi d^3} = \dfrac{16 \times 112{,}500}{3 \times 20^3} = 75\ \mathrm{MPa}
순수 비틀림이므로 σ1=75 MPa\sigma_1 = 75\ \mathrm{MPa}, σ3=−75 MPa\sigma_3 = -75\ \mathrm{MPa}이다.

쿨롱–모어: 1n=σ1St−σ3Sc=75150+75200=0.875\dfrac{1}{n} = \dfrac{\sigma_1}{S_t} - \dfrac{\sigma_3}{S_c} = \dfrac{75}{150} + \dfrac{75}{200} = 0.875
n=10.875≈1.14n = \dfrac{1}{0.875} \approx 1.14

  • 인장강도만으로 판정하면 150/75 = 2가 되어 압축측 영향을 놓친다.
  • 쿨롱–모어는 인장·압축 강도가 다른 취성재료에 쓰며, 압축 주응력은 압축강도로 나눈다.

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