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1[국회직 9급 기계설계] 17년 1회차
아래 그림에서 위 강판의 옆면 AB와 CD는 아래판과 볼록 필렛 용접으로 용접되어 있다. 용접 재료의 전단강도는 150 MPa이다. 안전계수가 3이고 용접길이가 60 mm, 용접다리(leg length)가 
4 mm일 때, 가할 수 있는 하중 FF 는 몇 kN인가?
문제 이미지
FF
FF
1
626 \sqrt{2}
2
12212 \sqrt{2}
3
18218 \sqrt{2}
4
24224 \sqrt{2}
5
30230 \sqrt{2}
해설

가할 수 있는 하중은 122 kN12\sqrt{2}\,\mathrm{kN}이다. 위 강판의 양 옆면이 용접되어 있으므로 용접선 2줄이 하중을 나누어 받는다.

필렛 용접은 목두께 단면의 전단으로 계산한다. 목두께는 다리길이에 cos⁡45∘\cos 45^\circ를 곱한 값이다.

허용전단응력: τa=1503=50 MPa\tau_a = \dfrac{150}{3} = 50\,\mathrm{MPa}
목두께: a=4cos⁡45∘=22 mma = 4\cos 45^\circ = 2\sqrt{2}\,\mathrm{mm}
전단면적: A=2×22×60=2402 mm2A = 2 \times 2\sqrt{2} \times 60 = 240\sqrt{2}\,\mathrm{mm^2}
하중: F=τaA=50×2402=120002 N=122 kNF = \tau_a A = 50 \times 240\sqrt{2} = 12000\sqrt{2}\,\mathrm{N} = 12\sqrt{2}\,\mathrm{kN}

  • 62 kN6\sqrt{2}\,\mathrm{kN}: 용접선을 1줄로만 계산한 값이다.
  • 182 kN18\sqrt{2}\,\mathrm{kN}: 안전계수가 2일 때 나오는 값이다.
  • 242 kN24\sqrt{2}\,\mathrm{kN}: 목두께를 다리길이보다 큰 42 mm4\sqrt{2}\,\mathrm{mm}로 잘못 잡은 값이다.
  • 302 kN30\sqrt{2}\,\mathrm{kN}: 허용전단응력이 125 MPa125\,\mathrm{MPa}여야 나오는 값으로, 안전계수 3과 맞지 않는다.

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