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바깥지름 80mm, 안지름 60mm인 중공축에 4kN·m의 토크가 작용… | [일반기계기사 필기] 22년 1회차 기출문제 상세 페이지

1[일반기계기사 필기] 22년 1회차
바깥지름 80mm, 안지름 60mm인 중공축에 4kN·m의 토크가 작용하고 있다. 최대 전단변형률은 얼마인가? (단, 축 재료의 전단탄성계수는 27GPa 이다.)
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해설

중공축의 최대 전단변형률은 γmax=TrouterGIp\gamma_{max} = \frac{T \cdot r_{outer}}{G \cdot I_p}로 구하며, 여기서 극관성모멘트 Ip=π32(Do4Di4)I_p = \frac{\pi}{32}(D_o^4 - D_i^4)이다. 주어진 값: Do=80mm,Di=60mm,T=4kNm=4×106Nmm,G=27GPa=27×103N/mm2D_o = 80\text{mm}, D_i = 60\text{mm}, T = 4\mathrm{kN{\cdot}m} = 4 \times 10^6\mathrm{N{\cdot}mm}, G = 27\text{GPa} = 27 \times 10^3\text{N/mm}^2
Ip=π32(804604)=π32(40,960,00012,960,000)=π32×28,000,000=2,748,894mm4I_p = \frac{\pi}{32}(80^4 - 60^4) = \frac{\pi}{32}(40,960,000 - 12,960,000) = \frac{\pi}{32} \times 28,000,000 = 2,748,894\text{mm}^4
최대 전단변형률: γmax=4×106×4027×103×2,748,894=160×10674,220,138=0.002150.00216\gamma_{max} = \frac{4 \times 10^6 \times 40}{27 \times 10^3 \times 2,748,894} = \frac{160 \times 10^6}{74,220,138} = 0.00215 \approx 0.00216

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