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1[건설기계설비기사 필기] 20년 2회차
그림과 같이 원형단면을 가진 보가 인장하중 P = 90kN을 받는다. 이 보는 강(steel)으로 이루어져 있고, 세로탄성계수는 210GPa이며 포와송비 μ = 1/3이다. 이 보의 체적변화 △V는 약 몇 mm3인가? (단, 보의 직경 d = 30mm, 길이 L = 5m 이다.)
문제 이미지
1
114.28
2
314.28
3
514.28
4
714.28
해설

이 봉의 체적 변화는 약 714.28mm³이다.

그림처럼 지름 d = 30mm, 길이 L = 5m인 원형 단면 봉이 양끝에서 P = 90kN으로 잡아당겨진다. 축방향으로는 늘어나고 가로방향으로는 줄어들므로 체적변형률은 세 방향 변형률의 합인 εv=ε (1−2μ)\varepsilon_v=\varepsilon\,(1-2\mu)가 된다.

단면적 A=πd24=π×3024=706.86 mm2A=\dfrac{\pi d^{2}}{4}=\dfrac{\pi\times 30^{2}}{4}=706.86\,\mathrm{mm^2}, 축변형률 ε=PAE=90000706.86×210000=6.063×10−4\varepsilon=\dfrac{P}{AE}=\dfrac{90000}{706.86\times 210000}=6.063\times10^{-4}이고 부피는 V = A·L = 706.86 × 5000 = 3.53×10⁶mm³이다.

따라서 ΔV=Vε(1−2μ)=3.53×106×6.063×10−4×(1−23)≈714.3 mm3\Delta V=V\varepsilon(1-2\mu)=3.53\times10^{6}\times 6.063\times10^{-4}\times\left(1-\dfrac{2}{3}\right)\approx 714.3\,\mathrm{mm^3}이며, 정리하면 단면적이 소거되어 ΔV=PL(1−2μ)E\Delta V=\dfrac{PL(1-2\mu)}{E}로 직경을 쓰지 않고도 바로 구할 수 있다.

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