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1[국회직 9급 기계설계] 19년 1회차
지름이 d\mathbf{d}인 원형 단면 축에 굽힘 모멘트 M\mathbf{M}과 비틀림 모멘트 T\mathbf{T}가 동시에 작용할 때 최대 전단응력을 구하기 위한 상당 비틀림 모멘트 T~\mathbf{\tilde{T}}를 옳게 계산한 것은?
1
T~ =12M2+T2  {\tilde{T}} \, = \frac{1}{2} \sqrt{M^{2} + T^{2}} \,\,
2
T~ =12 (M+M2+T2){\tilde{T}} \, = \frac{1}{2} \, \left( M^{} + \sqrt{M^{2} + T^{2}} \right)
3
T~ =M + M2+T2  {\tilde{T}} \, = M \, + \, \sqrt{M^{2} + T^{2}} \,\,
4
T~ =M +  M2+23T2  {\tilde{T}} \, = M \, + \,\, \sqrt{M^{2} + \frac{2}{3} T^{2}} \,\,
5
T~ = M2+T2  {\tilde{T}} \, = \, \sqrt{M^{2} + T^{2}} \,\,
해설

최대 전단응력 기준의 상당 비틀림 모멘트는 T~=M2+T2\tilde{T}=\sqrt{M^{2}+T^{2}}이다.

굽힘응력 σ=32Mπd3\sigma=\dfrac{32M}{\pi d^{3}}과 비틀림 전단응력 τ=16Tπd3\tau=\dfrac{16T}{\pi d^{3}}를 최대 전단응력 식에 넣는다.
τmax=(σ2)2+τ2=16πd3M2+T2\tau_{max}=\sqrt{\left(\dfrac{\sigma}{2}\right)^{2}+\tau^{2}}=\dfrac{16}{\pi d^{3}}\sqrt{M^{2}+T^{2}}

  • 12(M+M2+T2)\dfrac{1}{2}\left(M+\sqrt{M^{2}+T^{2}}\right)은 최대 주응력 기준의 상당 굽힘 모멘트이다.
  • 12M2+T2\dfrac{1}{2}\sqrt{M^{2}+T^{2}}은 올바른 값의 절반으로, 최대 전단응력을 작게 평가한다.
  • M+M2+T2M+\sqrt{M^{2}+T^{2}}은 상당 굽힘 모멘트의 2배이다.
  • M+M2+23T2M+\sqrt{M^{2}+\dfrac{2}{3}T^{2}}은 위 유도에서 나오지 않는 형태이다.

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