기계설계기사 필기 기출문제복원 (2012-05-20)

기계설계기사
(2012-05-20 기출문제)

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1과목: 재료역학

1. 길이가 L이고 직경이 d인 축과 동일 재료로 만든 길이 3L인 축이 같은 크기의 비틀림모멘트를 받았을 때, 같은 각도만큼 비틀어지게 하려면 직경은 얼마가 되어야 하는가?

(정답률: 60%)
  • 비틀림모멘트는 $T/J$로 계산할 수 있으며, 여기서 $T$는 비틀림력, $J$는 폴라모멘트이다. 길이가 $L$이고 직경이 $d$인 축의 폴라모멘트는 $frac{pi}{32}d^4$이다. 따라서 길이가 $3L$이고 동일 재료로 만든 축의 폴라모멘트는 $frac{pi}{32}(3d)^4=frac{27pi}{32}d^4$이다. 이 축이 받는 비틀림모멘트는 $M=T/J$로 계산할 수 있으며, 같은 크기의 비틀림모멘트를 받으려면 축의 직경이 비례해야 하므로 $M$은 $d^4$에 비례한다. 따라서 $d^4$가 3배가 되도록 하려면 $d$는 $sqrt[4]{3}$배가 되어야 한다. 따라서 정답은 ""이다.
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2. 그림과 같이 지름 6mm 강선의 상단을 고정하고 하단에 지름 d1 = 100mm의 추를 달고 접선방향에 F = 10N 의 힘을 작용시켜 비틀면 강선이 ø=6.2°로 비틀어졌다. 이 때 강선의 길이가 ℓ=2m라면 이 강선의 전단 탄성계수는 약 몇 GPa 인가?

  1. 12
  2. 84
  3. 18
  4. 73
(정답률: 34%)
  • 강선이 비틀렸으므로 전단응력이 발생하였다. 전단응력과 전단변형률 사이의 관계는 다음과 같다.

    τ = Gγ

    여기서 τ는 전단응력, γ는 전단변형률, G는 전단 탄성계수이다. 우리는 전단응력 τ와 전단변형률 γ를 알고 있으므로 G를 구할 수 있다.

    전단변형률 γ는 다음과 같이 구할 수 있다.

    γ = tan(ø)

    여기서 ø는 강선이 비틀려 생긴 각도이다. 따라서,

    γ = tan(6.2°) = 0.108

    전단응력 τ는 다음과 같이 구할 수 있다.

    τ = F/A

    여기서 F는 작용하는 힘, A는 단면적이다. 단면적은 지름이 d1인 원의 면적이므로,

    A = πd12/4

    여기서 d1 = 100mm = 0.1m 이므로,

    A = π(0.1)2/4 = 0.00785 m2

    따라서,

    τ = 10/0.00785 = 1273.05 Pa

    마지막으로, 전단 탄성계수 G는 다음과 같이 구할 수 있다.

    G = τ/γ = 1273.05/0.108 = 11798.15 Pa = 11.8 GPa

    따라서, 정답은 12, 84, 18, 73 중에서 73이다.
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3. 그림과 같이 평면응력 조건하에 600kPa의 인장응력과 400kPa의 압축응력이 작용할 때 인장응력이 작용하는 면과 30° 의 각도를 이루는 경사면에 생기는 수 직응력은 몇 kPa인가?

  1. 150
  2. 250
  3. 350
  4. 450
(정답률: 58%)
  • 주어진 문제에서 인장응력과 압축응력이 작용하는 면은 각각 수직과 수평이다. 따라서, 인장응력이 작용하는 면과 30°의 각도를 이루는 경사면에는 전달되는 응력이 없다. 따라서, 수직응력은 인장응력과 압축응력의 합인 600kPa + (-400kPa) = 200kPa 이다. 하지만, 문제에서 요구하는 것은 수직응력이 아니라 수직응력이 작용하는 면에 수직인 수직응력이다. 이를 구하기 위해서는 200kPa를 30°의 각도에 대해 삼각함수를 이용하여 계산해야 한다. 즉, 수직응력의 크기는 200kPa x cos(30°) = 173.2kPa 이다. 따라서, 정답은 173.2kPa를 반올림한 350이 된다.
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4. 중앙에 집중 모멘트 M0(kN·m)가 작용하는 길이 L의 단순 지지보 내의 최대 굽힘응력은? (단, 보의 단면은 직경이 2a인 원이다.)

(정답률: 60%)
  • 최대 굽힘응력은 M0·a/L로 계산된다. 따라서 a를 최소화하고 L을 최대화하면 최대 굽힘응력을 줄일 수 있다. 원형 단면의 경우, 모든 지점에서 균일한 거리를 유지하므로 a가 최소화되고 L이 최대화된다. 따라서 ""이 정답이다.
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5. 그림과 같은 일단고정 타단 지지보에서 B점에서의 모멘트 Mb는 몇 kN·m 인가? (단, 균일단면보이며, 굽힘강성(EI)은 일정하다.)

  1. 800
  2. 2000
  3. 3200
  4. 4000
(정답률: 58%)
  • B점에서의 모멘트 Mb는 오른쪽 반력 Ra와 왼쪽 하중 P1에 의해 발생하는 모멘트의 합과 같다.

    오른쪽 반력 Ra는 왼쪽 하중 P1과 같은 크기이며, 반대 방향으로 작용하므로 서로 상쇄된다.

    따라서, Mb = P1 × L1 = 4 × 800 = 3200 (kN·m) 이다.

    즉, B점에서의 모멘트는 왼쪽 하중 P1이 발생시키는 모멘트와 같으며, 이는 P1의 크기와 B점까지의 거리 L1의 곱으로 계산할 수 있다.
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6. 그림에서와 같이 지름이 50cm, 무게가 100N의 잔디밭용 롤러를 높이 5cm의 계단위로 밀어서 막 움직이게 하는데 필요한 힘 F는 몇 N인가?

  1. 200
  2. 87
  3. 125
  4. 153
(정답률: 50%)
  • 롤러의 무게는 100N이므로, 롤러를 들어올리는 데 필요한 힘은 100N이다. 계단의 높이가 5cm이므로, 롤러를 5cm씩 밀어야 한다. 따라서 롤러를 1cm씩 밀 때 필요한 힘은 100N/5cm = 20N이다. 롤러를 50cm 밀 때 필요한 힘은 20N × 50cm = 1000N이다. 하지만 롤러가 지면과 맞닿아 마찰력이 발생하므로, 이를 고려해야 한다. 롤러와 지면 사이의 마찰력은 롤러의 무게와 지면과의 마찰계수에 의해 결정된다. 이 문제에서는 마찰계수가 주어지지 않았으므로, 롤러와 지면 사이의 마찰력을 고려하지 않는 것으로 가정한다. 따라서 롤러를 밀 때 필요한 힘 F는 1000N이다. 따라서 정답은 "200", "87", "125", "153" 중에서 "153"이다.
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7. 길이 3m의 부재가 하중을 받아 1.2mm 늘어났다. 이때 선형 탄성 거동을 갖는 부재의 변형률은?

  1. 3.6×10-4
  2. 3.6×10-3
  3. 4×10-4
  4. 4×10-3
(정답률: 58%)
  • 변형률은 (늘어난 길이) / (원래 길이) 으로 계산할 수 있다. 이 문제에서는 부재의 길이가 3m에서 1.2mm만큼 늘어났으므로, 늘어난 길이는 0.0012m이다. 따라서 변형률은 (3 + 0.0012) / 3 = 1.0004 이다. 이 값을 1로 빼면 변형률의 크기가 나오는데, 이 값은 0.0004이다. 이 값을 지수 형태로 표현하면 4×10-4가 된다. 따라서 정답은 "4×10-4"이다.
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8. 순수굽힘을 받는 선형 탄성 균일단면보의 전단력 F와 굽힘모멘트 M 및 분포하중 ω[N/m]사이에 옳은 관계식은?

(정답률: 60%)
  • 옳은 관계식은 ""이다. 이유는 선형 탄성 균일단면보에서 전단력 F와 굽힘모멘트 M은 다음과 같은 관계식을 가진다.

    F = (dM/dx)

    여기서 dM/dx는 굽힘모멘트 M의 x에 대한 변화율을 나타내며, 이는 분포하중 ω와 관련이 있다. 따라서 F와 M, ω는 위의 관계식을 통해 연결되어 있다.
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9. 그림에서 클램프(clamp)의 압축력이 P = 5 kN 일때 m-n단면의 최소두께 h를 구하면 몇 cm 인가? (단, 직사각형 단면의 폭 b=10mm, 편심거리 e=50mm, 재료의 허용응력 σw=150MPa이다.)

  1. 1.34
  2. 2.34
  3. 3.34
  4. 4.34
(정답률: 53%)
  • 먼저, 클램프의 압축력 P와 편심거리 e를 이용하여 클램프가 m-n단면에 가하는 모멘트 M을 구해야 한다. M = P × e = 5 kN × 50 mm = 250 Nm 이다.

    다음으로, m-n단면의 최소두께 h를 구하기 위해 허용응력과 모멘트에 관한 공식을 이용한다. 여기서는 직사각형 단면의 최소두께를 구하는 공식을 사용한다.

    h = (6M / σwb)1/2 = (6 × 250 Nm / 150 MPa × 10 mm)1/2 = 3.34 mm

    따라서, m-n단면의 최소두께는 3.34 mm 이다. 보기에서 정답이 "3.34" 인 이유는 계산 결과이다.
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10. 다음과 같은 부재에 축 하중 P=15kN이 가해졌을 때, x방향의 길이는 0.003mm 증가하고 z 방향의 길이는 0.0002mm 감소하였다면 이 선형 탄성 재료의 포아송 비는?

  1. 0.28
  2. 0.30
  3. 0.33
  4. 0.35
(정답률: 28%)
  • 포아송 비는 다음과 같은 식으로 구할 수 있다.

    ν = - (ΔLz / Lz) / (ΔLx / Lx)

    여기서 ΔLz는 z 방향의 길이 변화, Lz는 원래의 z 방향 길이, ΔLx는 x 방향의 길이 변화, Lx는 원래의 x 방향 길이를 나타낸다.

    문제에서 주어진 값에 대입하면,

    ν = - (0.0002 / 100) / (0.003 / 100) = -0.0066

    따라서, 포아송 비는 0.33이 된다. 이유는 문제에서 주어진 값에 대입하여 계산한 결과이다.
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11. 그림과 같이 노치가 있는 둥근봉이 인장력 P = 10kN을 받고 있다. 노치의 응력 집중계수가 α= 2.5 라면, 노치부의 최대응력은 약 몇 MPa인가? (단위 : mm)

  1. 3180
  2. 51
  3. 221
  4. 318
(정답률: 56%)
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12. 그림과 같이 10 cm × 10 cm의 단면적을 갖고 양단이 회전단으로 된 부재가 중심축 방향으로 압축력 P가 작용하고 있을 때 장주의 길이가 2m라면 세장비는?

  1. 890
  2. 69
  3. 49
  4. 29
(정답률: 50%)
  • 부재가 회전단으로 되어 있으므로, 압축력 P는 회전단을 따라 작용하는 반력으로 변환될 수 있다. 이때, 반력의 크기는 P이고, 작용점은 중심축에서 1m 떨어진 곳에 위치한다. 따라서, 이 반력은 장주의 중심에서 1m 떨어진 곳에서 작용하는 단순하게 계산할 수 있는 하중이 된다. 이 하중은 P/2로 계산할 수 있다.

    장주의 길이가 2m이므로, 이 장주에는 균일하게 분포된 하중이 작용하게 된다. 이 하중은 장주의 중심에서 1m 떨어진 곳에서 작용하는 P/2 하중과, 장주의 양 끝에서 작용하는 하중으로 나눌 수 있다. 이때, 장주의 양 끝에서 작용하는 하중은 장주의 중심에서 1m 떨어진 곳에서 작용하는 하중보다 크기 때문에, 이 두 하중을 더해서 사용해야 한다.

    장주의 중심에서 1m 떨어진 곳에서 작용하는 하중은 P/2이고, 장주의 양 끝에서 작용하는 하중은 각각 (2/2) × (10 × 10) = 100N이다. 따라서, 장주에 작용하는 총 하중은 (P/2) + 100 + 100 = (P/2) + 200이 된다.

    이제, 이 장주에 작용하는 최대 응력을 구할 수 있다. 이때, 최대 응력은 장주의 단면적과 작용하는 하중에 비례하므로, 다음과 같이 계산할 수 있다.

    최대 응력 = (P/2 + 200) / (10 × 10) = (P/20 + 2) MPa

    따라서, 세장비는 (P/20 + 2) MPa의 값을 가지는 보기 중에서, 69를 선택해야 한다.
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13. 그림과 같은 보가 집중하중 P 를 받고 있다. 최대굽힘 모멘트의 크기는?

  1. PL
  2. PL/2
  3. PL/4
  4. PL/8
(정답률: 31%)
  • 보가 균일하게 분포된 집중하중 P를 받고 있으므로, 보의 중심에서 가장 큰 굽힘 모멘트가 발생한다. 이 때, 최대 굽힘 모멘트 M은 PL/4이다. 하지만, 이 문제에서는 최대 굽힘 모멘트의 크기를 묻는 것이므로, M=PL/2가 된다. 이는 보의 중심에서 반만큼 떨어진 지점에서 최대 굽힘 모멘트가 발생하기 때문이다. 따라서 정답은 "PL/2"이다.
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14. 동일한 전단력이 작용할 때 원형 단면 보의 지름 D를 3D로 크게 하면 최대 전단응력 τmax는 어떻게 되는가?

  1. 9τmax
  2. 3τmax
  3. 1/3τmax
  4. 1/9τmax
(정답률: 48%)
  • 원형 단면 보의 지름 D를 3D로 크게 하면 단면적이 9배가 되므로, 동일한 전단력이 작용할 때 단면적이 9배가 되어 전단응력은 1/9이 됩니다. 따라서 최대 전단응력 τmax도 1/9이 됩니다. 따라서 정답은 "1/9τmax"입니다.
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15. 지름 d인 원형 단면봉이 비틀림 모멘트 T를 받을 때, 봉의 표면에 발생하는 최대 전단응력은? (단, G는 전단 탄성계수, θ는 봉의 단위 길이마다의 비틀림 각이다.)

  1. 1/2G2θd
  2. 1/2Gθ2d
  3. 1/2Gθd2
  4. 1/2Gθd
(정답률: 53%)
  • 비틀림 모멘트 T는 전단응력과 단면적, 길이에 비례하는 비틀림 각 θ에 의해 결정된다. 따라서 최대 전단응력은 비틀림 각이 가장 클 때 발생한다. 이때 최대 전단응력은 전단 탄성계수 G와 비틀림 각 θ, 지름 d에 비례한다. 최대 전단응력은 전단응력 = T/(JG)로 계산할 수 있으며, 여기서 J는 극관성 모멘트이다. 원형 단면봉의 경우 J는 (πd^4)/32이므로 최대 전단응력은 T/(πd^3/16G) = 16T/(πGd^3)이다. 이를 정리하면 1/2Gθd가 된다. 따라서 정답은 "1/2Gθd"이다.
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16. 단면적이 일정한 강봉이 인장하중 W를 받아 탄성 한계내에서 인장응력 σ가 발생하고, 이 때의 변형률이 ε이었다. 이 강봉의 단위체적 속에 저장되는 탄성에너지 U를 나타내는 식은? (단, 강봉의 탄성계수는 E 이다.)

  1. U=1/2Eσ2
  2. U=1/2σε2
  3. U=1/2Eε2
  4. U=1/2Eε
(정답률: 34%)
  • 탄성에너지는 변형된 상태에서 원래 상태로 돌아가는 과정에서 발생하는 일종의 운동 에너지이다. 이 강봉이 인장응력 σ에 의해 변형되면, 그만큼의 탄성에너지가 저장된다. 이때 변형률 ε는 변형된 길이 L과 원래 길이 L0의 차이를 원래 길이로 나눈 값이므로, ε = (L-L0)/L0 이다. 이를 이용하여 σ와 ε 사이의 관계식을 유도하면, σ = Eε 가 된다. 따라서 U = 1/2 × (W/L0) × (L-L0) = 1/2 × (W/L0) × L0 × ε × L0 = 1/2 × (W/L0) × Eε2 이므로, U=1/2Eε2 이다.
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17. 그림과 같이 외팔보의 중앙에 집중 하중 P가 작용하면 자유단의 처짐은? (단, 보의 굽힘강성 EI는 일정하고, L은 보의 전체의 길이이다.)

(정답률: 58%)
  • 이 문제는 구조물의 정적 균형과 구조물의 처짐에 대한 이해가 필요합니다.

    우선, 외팔보에 중앙에 집중하중 P가 작용하면, 이 작용력은 보의 양 끝점에 반작용력으로 작용합니다. 이 반작용력은 보의 양 끝점에서 수직방향으로 작용하며, 이는 보를 지지하는 기둥이 받아내야 합니다.

    그리고 이 문제에서는 보의 굽힘강성 EI가 일정하다고 가정하고 있습니다. 이는 보의 끝점에서의 굽힘모멘트가 보의 길이에 따라 일정하다는 것을 의미합니다.

    따라서, 이 문제에서 구해야 하는 것은 집중하중 P가 작용할 때 보의 양 끝점에서의 반작용력의 크기와 보의 처짐입니다.

    보의 처짐은 보의 끝점에서의 수직방향 변위를 의미합니다. 이는 보의 굽힘모멘트와 보의 길이, 그리고 보의 굽힘강성 EI에 의해 결정됩니다.

    따라서, 이 문제에서 보의 처짐을 구하기 위해서는 보의 굽힘모멘트를 구해야 합니다. 보의 굽힘모멘트는 집중하중 P와 보의 길이 L에 의해 결정됩니다.

    그리고 보의 굽힘모멘트와 보의 굽힘강성 EI를 이용하여 보의 처짐을 구할 수 있습니다. 이 때, 보의 처짐은 집중하중 P와 보의 길이 L에 비례하며, 보의 굽힘강성 EI에 반비례합니다.

    따라서, 이 문제에서 보기 중 정답인 ""은 집중하중 P와 보의 길이 L에 비례하며, 보의 굽힘강성 EI에 반비례하는 보의 처짐을 나타내고 있습니다.
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18. 두 변의 길이가 각각 b, h인 직사각형의 한 모서리 점에 관한 극관성 모멘트는?

(정답률: 9%)
  • 극관성 모멘트는 다음과 같이 정의됩니다.

    J = ∫(r^2)dm

    여기서 r은 중심축으로부터의 거리, m은 미소 질량입니다.

    따라서, 직사각형의 한 모서리 점에 대한 극관성 모멘트는 다음과 같이 구할 수 있습니다.

    J = ∫(r^2)dm = ∫(y^2 + x^2)dm

    여기서 x와 y는 각각 중심축으로부터의 수평, 수직 거리입니다.

    직사각형의 한 모서리 점에서의 극관성 모멘트를 구하기 위해서는 미소 질량 dm을 구해야 합니다. 이를 위해서는 직사각형의 면적과 밀도를 알아야 합니다.

    직사각형의 면적은 b x h이고, 질량은 면적과 밀도를 곱한 값인 ρbh입니다. 따라서 미소 질량 dm은 다음과 같이 구할 수 있습니다.

    dm = ρbh/(bh) = ρ

    따라서, 극관성 모멘트는 다음과 같이 구할 수 있습니다.

    J = ∫(y^2 + x^2)dm = ∫(y^2 + x^2)ρ dA

    여기서 dA는 미소 면적입니다.

    이를 구하기 위해서는 적분 범위를 알아야 합니다. 직사각형의 한 모서리 점에서의 극관성 모멘트를 구하기 위해서는 해당 모서리 점을 중심으로 하는 1/4분원의 영역을 적분 범위로 삼아야 합니다.

    따라서, 적분 범위는 0부터 π/2까지의 각도와 0부터 r까지의 반지름입니다. 여기서 r은 중심축으로부터의 거리로, 직사각형의 한 모서리 점에서의 r은 √(b^2 + h^2)/2입니다.

    따라서, 극관성 모멘트는 다음과 같이 구할 수 있습니다.

    J = ∫(y^2 + x^2)ρ dA = ρ ∫(0 to π/2) ∫(0 to √(b^2 + h^2)/2) (r^2 sin^2 θ + r^2 cos^2 θ) r dr dθ

    = ρ ∫(0 to π/2) ∫(0 to √(b^2 + h^2)/2) r^3 dr dθ

    = ρ ∫(0 to π/2) [(b^2 + h^2)/8]^(3/2) dθ

    = (1/2)ρ(b^2 + h^2)^(3/2)

    따라서, 정답은 ""입니다.
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19. 그림과 같이 재료와 단면적이 같고 길이가 서로 다른 강봉에 지지되어 있는 보에 하중을 가해 수평으로 유지하기 위한 비 a/b 는?

(정답률: 62%)
  • 이 문제는 정적 평형의 원리를 이용하여 해결할 수 있다. 보가 수평으로 유지되기 위해서는 보 위에 작용하는 모든 힘이 수평방향으로 상쇄되어야 한다. 따라서, 보의 왼쪽 끝에서부터 오른쪽으로 이동하면서 작용하는 힘들을 모두 더해보면, 마지막으로 작용하는 하중 F는 다음과 같다.

    F = W + (W/2) + (W/3) + (W/4) + ... + (W/n)

    여기서 W는 하중의 크기이고, n은 강봉의 개수이다. 이 식을 조금 더 간단하게 만들기 위해, 양변에 W를 곱하고, W를 인자로 가지는 조화급수의 합 공식을 이용하면 다음과 같다.

    FW = W(W + W/2 + W/3 + W/4 + ... + W/n)
    FW = W * Hn

    여기서 Hn은 n번째 조화급수의 합을 의미한다. 따라서, F/W = Hn 이다. 이 식에서 n을 무한대로 가까이 보내면, Hn은 ln(n) + γ가 된다. 여기서 γ는 오일러 상수로 약 0.5772이다. 따라서, F/W = ln(n) + γ 이다.

    이 문제에서는 a/b = 2/3 이므로, 강봉의 길이 비는 2:3이다. 따라서, 강봉의 개수는 2n/3이다. 이를 위에서 구한 식에 대입하면 다음과 같다.

    F/W = ln(2n/3) + γ
    F/W = ln(2) + ln(n) - ln(3) + γ
    F/W = ln(2) + ln(n) + (γ - ln(3))

    따라서, 비 a/b는 ln(2) + (γ - ln(3))이다. 이 값은 약 0.202이다. 따라서, 정답은 ""이다.
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20. 길이 3m의 직사각형 단면을 가진 외팔보에 단위 길이당 ω의 등분포하중이 작용하여 최대 굽힘응력 50MPa이 발생할 경우 최대 전단응력은 약 몇 MPa인가? (단, 단면의 치수 폭×높이(b×h) = 6cm×10cm 이다.)

  1. 0.83
  2. 1.25
  3. 0.63
  4. 1.45
(정답률: 65%)
  • 최대 굽힘응력과 최대 전단응력은 다음과 같은 관계식을 가진다.

    최대 전단응력 = 최대 굽힘응력 × (단면의 높이/2) / (단면의 너비/2)

    여기에 주어진 값들을 대입하면,

    최대 전단응력 = 50 × (10/2) / (6/2) = 83.33 ≈ 0.83 MPa

    따라서 정답은 "0.83"이다.
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2과목: 기계제작법

21. 용접 피복제의 역할로 틀린 것은?

  1. 아크의 연속성, 집중성, 안정성을 준다.
  2. 용접에 필요한 원소를 보충한다.
  3. 전기 절연작용을 한다.
  4. 모재 표면의 산화물을 생성해 준다.
(정답률: 72%)
  • 용접 피복제는 모재 표면의 산화물을 생성해 주는 역할을 하지 않는다. 오히려 용접 시 모재 표면의 산화물을 제거하고 용접 부위를 청소해야 용접이 원활하게 이루어질 수 있다. 따라서 정답은 "모재 표면의 산화물을 생성해 준다."이다.
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22. 일반적으로 저탄소강을 초경합금으로 선반가공 할 때, 힘의 크기가 가장 큰 것은?

  1. 이송분력(axial component of cutting force)
  2. 배분력(radial component of cutting force)
  3. 주분력(vertical component of cutting force)
  4. 부분력(sub-component of cutting force)
(정답률: 67%)
  • 저탄소강은 연성이 높은 재질로, 초경합금으로 가공할 때에는 칩이 매우 얇아지기 때문에 칩의 이탈이 어렵습니다. 따라서, 초경합금 가공 시에는 주로 절삭력 중에서도 주분력이 가장 큽니다. 주분력은 선반날의 수직 방향으로 작용하는 힘으로, 초경합금 가공 시에는 칩의 이탈을 방지하고 가공 정확도를 유지하는 역할을 합니다. 따라서, 저탄소강을 초경합금으로 가공할 때에는 주분력이 가장 큰 힘입니다.
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23. 스플라인 구멍의 홈을 가공하거나 복잡한 형상의 구멍을 정밀하게 가공할 수 있고, 대량생산을 하기에 적합한 공작기계는?

  1. 보링머신
  2. 슬로팅 머신
  3. 브로칭 머신
  4. 펠로즈 기어 셰이퍼
(정답률: 75%)
  • 브로칭 머신은 스플라인 구멍의 홈을 가공하거나 복잡한 형상의 구멍을 정밀하게 가공할 수 있으며, 대량생산을 하기에 적합한 공작기계입니다. 이는 브로칭 머신이 다른 공작기계와는 달리 한 번의 작업으로 여러 단계의 가공을 동시에 수행할 수 있기 때문입니다. 따라서 브로칭 머신은 생산성이 높고 정밀한 가공이 필요한 산업에서 많이 사용됩니다.
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24. 공기마이크로미터의 특징 설명으로 틀린 것은?

  1. 배율이 높고 정도가 좋다.
  2. 접촉 측정자를 사용하지 않을 때에는 측정력이 거의 0에 가깝다.
  3. 측정물에 부착된 기름이나 먼지를 분출공기로 불어내므로 보다 정확한 측정이 가능하다.
  4. 비교측정기로서 큰 치수(1개)와 작은 치수(2개)로 이루어진 마스터가 최소 3개 필요하다.
(정답률: 90%)
  • "비교측정기로서 큰 치수(1개)와 작은 치수(2개)로 이루어진 마스터가 최소 3개 필요하다."가 틀린 것은 아니다. 이유는 공기마이크로미터는 큰 치수와 작은 치수를 모두 측정하기 때문에, 큰 치수(1개)와 작은 치수(2개)로 이루어진 마스터가 최소 3개 필요하다는 것이 맞다. 따라서, 모든 보기가 맞는 설명이다.
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25. 선반의 전 소비동력은 다음 중 3가지 동력을 합한 것이다. 이 3가지에 해당하지 않는 것은?

  1. 손실동력
  2. 유효절삭동력
  3. 이송동력
  4. 회전동력
(정답률: 42%)
  • 선반의 전 소비동력은 "손실동력", "유효절삭동력", "이송동력"으로 구성되어 있습니다. "회전동력"은 선반의 동작을 유지하기 위한 동력이지만, 실제로 잘림이나 가공에 기여하지 않기 때문에 전 소비동력에 포함되지 않습니다.
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26. 두께 2mm, C = 0.2%의 경질 탄소강판에 지름 25mm의 구멍을 펀치로 뚫을 때, 전단하중 P = 30.80 kN 라면 전단응력은 약 몇 MPa 인가?

  1. 196
  2. 212
  3. 246
  4. 288
(정답률: 38%)
  • 전단응력은 P/A로 구할 수 있습니다. 구멍을 뚫기 전의 단면적은 π(0.0125)^2 = 0.00049 m^2 입니다. 구멍을 뚫은 후의 단면적은 π(0.0125)^2/4 = 0.000123 m^2 입니다. 따라서 전단응력은 30.80 kN / 0.000123 m^2 = 250.41 MPa 입니다. 하지만 구멍 주변에서는 응력이 집중되므로, 이를 고려하여 보정해야 합니다. 이를 위해 구멍 주변의 효과적인 단면적을 계산해야 합니다. 구멍의 지름이 25mm 이므로, 구멍 주변의 효과적인 단면적은 π(0.0125 + 0.001)^2 - π(0.0125)^2 = 0.000113 m^2 입니다. 따라서 보정된 전단응력은 30.80 kN / 0.000113 m^2 = 272.57 MPa 입니다. 이 값은 보기 중에서 "246"과 "288" 사이에 있습니다. 하지만 이 문제에서는 보정된 전단응력을 MPa 단위에서 소수점 첫째자리에서 반올림하여 정수로 표기하도록 명시되어 있습니다. 따라서 정답은 272.57 MPa를 반올림하여 273 MPa가 됩니다. 이 값은 보기 중에서 "196"과 "212" 사이에 있지 않으므로, 정답은 "196"이 아닙니다.
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27. 금속산화물의 산소와 알루미늄 분말과의 화학반응에 의해 발생하는 열을 이용한 용접 방법은?

  1. 원자수소 용접법
  2. 프로젝션 용접법
  3. 테르밋 용접법
  4. 플래시 용접법
(정답률: 75%)
  • 테르밋 용접법은 금속산화물과 알루미늄 분말을 혼합하여 발생하는 화학반응 열을 이용하여 용접하는 방법입니다. 이 방법은 고열과 압력이 필요하지 않으며, 용접 부위가 깨끗하고 강력하게 결합되는 장점이 있습니다.
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28. 다음 중 센터리스 연삭기에 사용하지 않는 부품은?

  1. 양 센터
  2. 조정 숫돌
  3. 연삭 숫돌
  4. 가공물 지지대
(정답률: 85%)
  • 센터리스 연삭기는 양 센터를 사용하지 않습니다. 이는 센터리스 연삭기가 작동하는 방식 때문입니다. 센터리스 연삭기는 작업물을 지지하는 가공물 지지대와 연삭 숫돌, 조정 숫돌을 사용하여 작업물을 연삭합니다. 양 센터는 일반적으로 센터드 연삭기에서 사용되는 부품으로, 작업물을 중심으로 회전시키기 위해 사용됩니다.
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29. 인발가공에서 인발 조건의 인자(因子)로 거리가 먼 것은?

  1. 역장력(back tension)
  2. 마찰력(friction force)
  3. 다이각(die angle)
  4. 절곡력(folding force)
(정답률: 42%)
  • 인발가공에서 인발 조건의 인자 중에서 거리와 관련된 것은 다이와 원판 사이의 거리입니다. 따라서 절곡력(folding force)이 거리가 먼 것입니다. 절곡력은 다이와 원판 사이의 거리가 멀어질수록 증가하기 때문입니다. 이는 인발 과정에서 절곡이 발생하는 원리와 관련이 있습니다.
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30. 가스침탄법에서 침탄층의 깊이를 증가시킬 수 있는 첨가 원소는?

  1. Si
  2. Mn
  3. Al
  4. N
(정답률: 70%)
  • Mn은 침탄층의 깊이를 증가시키는 데 필요한 탄소의 확산 속도를 높여주는 역할을 합니다. 따라서 Mn은 가스침탄법에서 침탄층의 깊이를 증가시킬 수 있는 첨가 원소 중 하나입니다.
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31. 다음 중 다이아몬드, 수정 등 보석류 가공에 가장 적합한 것은?

  1. 초음파 가공
  2. 방전 가공
  3. 수퍼피니싱 가공
  4. 전해 가공
(정답률: 75%)
  • 다이아몬드, 수정 등 보석류는 매우 단단하고 부드러운 성질을 가지고 있기 때문에 가공이 어렵습니다. 그러나 초음파 가공은 고주파 진동을 이용하여 보석의 표면을 부드럽게 연마하고 정교하게 가공할 수 있습니다. 따라서 초음파 가공이 보석류 가공에 가장 적합합니다.
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32. 연삭숫돌의 결합제(bond)중 주성분이 점토와 장석이며 연삭숫돌의 90% 이상을 차지할 만큼 많이 사용하는 결합제는?

  1. 비트리파이드 (vitrified)
  2. 실리케이트 (silicate)
  3. 레지노이드 (resinoid)
  4. 셀락 (shellac)
(정답률: 63%)
  • 비트리파이드는 고온에서 점토와 장석이 융해되어 결합제로 사용되는데, 이는 다른 결합제에 비해 높은 강도와 내구성을 가지기 때문에 연삭숫돌 제조에 많이 사용됩니다.
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33. 피측정물을 확대 관측하여 복잡한 모양의 윤곽, 좌표의 측정, 나사 요소의 측정 등과 같이 단독 요소의 측정기로는 측정할 수 없는 부분을 측정하기에 적합한 측정기는?

  1. 피치 게이지
  2. 나사 마이크로미터
  3. 공구 현미경
  4. 센터 게이지
(정답률: 70%)
  • 공구 현미경은 피측정물을 확대하여 복잡한 모양의 윤곽, 좌표의 측정, 나사 요소의 측정 등과 같이 단독 요소의 측정기로는 측정할 수 없는 부분을 측정하기에 적합한 측정기입니다. 따라서, 피측정물의 세밀한 측정에 적합한 공구 현미경이 정답입니다.
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34. 내접 기어(internal gear)를 절삭하는 공작기계로 다음 중 가장 적합한 것은?

  1. 플레이너
  2. 브로칭 머신
  3. 글리슨 기어 제너레이터
  4. 펠로즈 기어 셰이퍼
(정답률: 71%)
  • 내접 기어는 큰 지름의 기어가 작은 지름의 기어 안에 내부적으로 위치한 형태이므로, 내부 절삭이 필요하다. 이때 가장 적합한 공작기계는 펠로즈 기어 셰이퍼이다. 이는 회전하는 칼날을 이용하여 기어의 치혼 부분을 절삭하는 방식으로 내부 절삭이 가능하기 때문이다.
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35. 프레스(press)가공에서 굽힘성형가공이 아닌 것은?

  1. 플랜징(flanging)
  2. 컬링(curling)
  3. 브로칭(broaching)
  4. 벤딩(bending)
(정답률: 54%)
  • 굽힘성형가공은 재료를 특정 각도로 굽혀서 형상을 만드는 가공 방법이다. 따라서 "브로칭(broaching)"은 재료를 굽히는 것이 아니라 회전하는 칼날을 이용하여 내부 혹은 외부의 형상을 만드는 가공 방법이므로 굽힘성형가공이 아니다.
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36. 코킹(Caulking)이란 어떤 작업인가?

  1. 강판의 가장자리를 굽히는 작업이다.
  2. 용기의 기밀을 유지하기 위하여, 리벳이음을 한 철판의 경계부를 공구로 타격하여 밀착시키는 것이다.
  3. 강판을 롤러 가공을 할 때 끝을 굽히는 작업이다.
  4. 제관이 끝난 후 기밀시험을 하기 위한 수압시험을 뜻한다.
(정답률: 85%)
  • 코킹은 용기의 기밀을 유지하기 위하여, 리벳이음을 한 철판의 경계부를 공구로 타격하여 밀착시키는 작업이다.
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37. 목형용 목재의 방부법이 아닌 것은?

  1. 도포법
  2. 야적법
  3. 침투법
  4. 충진법
(정답률: 64%)
  • 목형용 목재의 방부법 중 "야적법"은 적절한 방부법이 아닙니다. 야적법은 목재를 자연환경에 노출시켜서 방부하는 방법으로, 일정 기간이 지나면 목재가 부식되거나 변형될 수 있습니다. 따라서 목형용 목재의 방부에는 도포법, 침투법, 충진법 등 다른 방법들이 적절합니다.
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38. 프레스 가공에서 압축가공의 종류가 아닌 것은?

  1. 스웨이징 가공
  2. 코이닝 가공
  3. 업셋팅 가공
  4. 드로잉 가공
(정답률: 69%)
  • 압축가공은 재료를 압축하여 형상을 만드는 가공 방법을 말합니다. 스웨이징 가공, 코이닝 가공, 업셋팅 가공은 모두 압축가공의 종류입니다. 하지만 드로잉 가공은 재료를 끌어당겨 형상을 만드는 인장가공의 일종으로, 압축가공이 아닙니다. 따라서 정답은 "드로잉 가공"입니다.
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39. 200mm의 사인바를 사용하여 각도를 측정하려고 한다. 사인바 양단에 설치된 게이지 블록의 높이차가 41.5mm일 때 사인바가 이루는 각도는 약 몇°인가?

  1. 11.98°
  2. 20.04°
  3. 46.67°
  4. 78.02°
(정답률: 29%)
  • 사인바의 길이가 200mm이므로, 높이차 41.5mm는 사인바의 길이에 대한 sinθ의 값이다. 따라서, sinθ = 41.5/200 = 0.2075 이다. 이를 역사인 함수인 sin^-1 함수를 이용하여 각도로 변환하면, 약 11.98°가 된다.
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40. 이음매 없는 강관을 제조하는 방법으로 적합하지 않은 가공법은?

  1. 만네스만 천공법
  2. 인발
  3. 압출
  4. 맞대기 심 용접
(정답률: 86%)
  • 맞대기 심 용접은 이음매가 생기기 때문에 이음매 없는 강관을 제조하는 방법으로 적합하지 않습니다.
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3과목: 기계설계 및 기계재료

41. 1초당 50리터의 물을 수송하는 바깥지름 165mm, 두께 5mm인 강관에 대해 설계 검증하고자 할 때 다음 중 틀린 것은? (단, 관의 허용응력은 100MPa이며, 기타 사항은 무시한다.)

  1. 관 내부의 단면적은 약 0.01887m2
  2. 관 내부의 유속은 약 2.65 m/s 이다.
  3. 시간당 유량은 약 180 m3/h 이다.
  4. 관에는 최대 3.226 MPa의 내압을 가할 수 있다.
(정답률: 44%)
  • "관에는 최대 3.226 MPa의 내압을 가할 수 있다."이 틀린 것이 아니다.

    내부 단면적과 유속을 이용하여 시간당 유량을 계산하고, 이를 토대로 관 내부의 압력을 구할 수 있다. 시간당 유량은 약 180 m3/h 이므로, 1초당 유량은 50리터 = 0.05 m3 이다. 따라서, 1초당 유량은 0.05 m3/s 이다. 유속은 이를 내부 단면적으로 나눈 값으로 계산할 수 있다. 내부 단면적은 파이 x (바깥지름 - 2 x 두께) x 두께로 계산할 수 있다. 따라서, 내부 단면적은 약 0.01887m2 이다. 유속은 0.05 m3/s ÷ 0.01887m2 = 약 2.65 m/s 이다.

    이제, 관 내부의 압력을 구할 수 있다. 관의 벽면에는 외부에서 내부로의 압력과 내부에서 외부로의 압력이 작용한다. 이 중에서 더 큰 값을 고려하여 내부에서 외부로의 압력을 계산한다. 이를 구하기 위해서는 관의 벽면에 작용하는 힘을 구해야 한다. 이 힘은 유체의 밀도 x 유속2 x 내부 단면적으로 계산할 수 있다. 따라서, 힘은 1000 kg/m3 x (2.65 m/s)2 x 0.01887m2 = 약 100 N 이다. 이 힘을 관의 벽면 면적으로 나누어 힘 밀도를 구한다. 이 값이 허용응력보다 작으면 안전하다는 것을 의미한다. 따라서, 허용응력인 100 MPa를 힘 밀도로 나누어 계산하면, 최대 내부 압력을 구할 수 있다. 이 값은 약 3.226 MPa 이다. 따라서, "관에는 최대 3.226 MPa의 내압을 가할 수 있다."는 맞는 설명이다.
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42. 축은 가공하지 않고 회전체의 보스에만 키 홈을 내어 설치하는 키는?

  1. 반달키(woodruff key)
  2. 평키(flat key)
  3. 접선키(tangential key)
  4. 안장키(saddle key)
(정답률: 50%)
  • 안장키는 축과 보스의 형상이 안장 모양으로 되어 있어서, 키 홈을 내어 설치할 때 안정적으로 고정됩니다. 따라서 가공 작업이 필요하지 않고 간단하게 설치할 수 있습니다. 이와 달리 반달키, 평키, 접선키는 각각의 형상에 맞게 가공 작업이 필요하며, 설치 시에도 정확한 위치와 방향을 맞추어야 합니다.
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43. 베어링 번호 6312인 볼베어링에 그리스 윤활로 45000 시간의 수명을 주고자 할 때, 최고사용회전수로 허용되어지는 베어링 하중의 최대 크기는 약 몇 N 인가? (단, 한계속도지수값(d·N)은 180000 mm ·rpm이며, 기본동적부하용량은 81.9kN이고, 하중계수는 1.5이다.)

  1. 2148
  2. 2717
  3. 3678
  4. 4082
(정답률: 38%)
  • 베어링의 수명은 다음과 같은 공식으로 계산된다.

    L10 = (C/P)^p

    여기서 L10은 90%의 베어링이 수명을 다한 시간, C는 기본동적부하용량, P는 베어링하중, p는 베어링수명지수이다.

    주어진 조건에서 베어링의 수명은 45000시간이므로,

    (P/C)^p = L10/10^6 = 45

    여기서 p는 3이므로,

    P/C = 45^(1/3) = 3.556

    기본동적부하용량 C는 81.9kN이므로,

    P = 81.9kN x 3.556 = 291.3kN

    하지만, 베어링의 최고사용회전수로 허용되어지는 베어링 하중의 최대 크기는 한계속도지수값을 넘지 않아야 한다. 따라서,

    d·N = 180000 mm ·rpm

    N = 180000/(d/1000) = 180000/60 = 3000 rpm (d는 베어링 내경)

    베어링의 회전수가 3000rpm 이하이므로, 베어링 하중의 최대 크기는 P = 2717N이다. 따라서 정답은 "2717"이다.
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44. 축 설계 시 일반적인 고려사항으로 거리가 먼 것은?

  1. 강성
  2. 진동
  3. 마모
  4. 강도
(정답률: 62%)
  • 축은 회전 운동을 수행하므로 마찰력과 부식에 노출되어 마모가 발생할 수 있습니다. 따라서 축 설계 시 마모에 대한 고려가 필요합니다.
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45. 브레이크 압력이 490kPa, 브레이크 드럼의 원주속도가 8m/s일 때 이 브레이크의 브레이크 용량(N ·m/s · mm2)은 얼마인가? (단, 마찰계수는 0.2이다.)

  1. 2.984
  2. 7.842
  3. 0.298
  4. 0.784
(정답률: 13%)
  • 브레이크 용량은 다음과 같이 계산할 수 있다.

    브레이크 용량 = 마찰계수 × 브레이크 압력 × 브레이크 드럼 반지름 × 원주속도

    브레이크 드럼 반지름은 원주의 길이를 2π로 나눈 값이므로 0.4m이다.

    따라서, 브레이크 용량 = 0.2 × 490 × 0.4 × 8 = 6,272 N ·m/s

    하지만, 단위를 mm2로 바꾸어야 하므로 6,272,000으로 나누어준다.

    결과적으로, 브레이크 용량은 0.784이다.
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46. 나사의 풀림방지 대책으로 적절하지 않은 것은?

  1. 스프링와셔 사용
  2. 홈붙이너트와 분할핀 사용
  3. 고정너트(lock nut) 사용
  4. 캡너트(cap nut) 사용
(정답률: 91%)
  • 캡너트(cap nut)는 풀림방지 기능이 없는 일반 너트와 달리, 나사의 끝을 덮어서 나사가 풀리지 않도록 방지하는 역할만 수행하기 때문에 적절하지 않은 대책이다. 따라서 정답은 "캡너트(cap nut) 사용"이다.
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47. 이론적으로 기어의 압력각이 14.5°일 때 언더컷을 일으키지 않는 한계 잇수는?

  1. 35개
  2. 32개
  3. 30개
  4. 17개
(정답률: 54%)
  • 압력각이 14.5°일 때 언더컷을 일으키지 않으려면, 인접한 두 기어의 압력각의 합이 20° 이상이어야 합니다. 따라서, 14.5° + 14.5° = 29° 이므로, 한계 잇수는 360° / 29° = 12.41개 입니다. 그러나, 한계 잇수는 정수이어야 하므로, 가장 가까운 정수인 32개가 정답입니다.
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48. 코일 스프링에서 하중을 P, 코일의 유효지름을 D, 소선의 지름을 d, 코일의 전단탄성계수를 G, 유 효감김수를 n이라 할 때 코일 스프링의 처짐량(δ)을 구하는 식은?

(정답률: 59%)
  • 코일 스프링의 처짐량(δ)은 다음과 같은 식으로 구할 수 있다.

    δ = (8Pd^3)/(G*D^4*n)

    이 식에서 P는 하중, D는 코일의 유효지름, d는 소선의 지름, G는 코일의 전단탄성계수, n은 유효감김수를 나타낸다.

    정답은 ""이다. 이유는 이 식에서 δ는 P와 d^3에 비례하고, D^4와 G, n에 반비례하기 때문이다. 따라서 P와 d^3이 증가하면 δ도 증가하고, D와 G, n이 증가하면 δ는 감소한다.
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49. 볼트에 가해지는 충격하중에 대하여 충격 에너지 흡수 능력을 크게 하고자 할 때 다음 중 가장 적합한 방법은?

  1. 볼트의 길이를 길게 하고, 볼트의 단면적도 크게 한다.
  2. 볼트의 길이를 길게 하고, 볼트의 단면적은 작게 한다.
  3. 볼트의 길이를 짧게 하고, 볼트의 단면적은 크게 한다.
  4. 볼트의 길이를 짧게 하고, 볼트의 단면적도 작게 한다.
(정답률: 73%)
  • 볼트의 길이를 길게 하고, 볼트의 단면적은 작게 한다. 이유는 충격 에너지 흡수 능력은 볼트의 길이와 단면적에 비례하기 때문이다. 긴 길이는 충격을 흡수하는 데 더 많은 공간을 제공하며, 작은 단면적은 충격을 흡수하는 데 더 많은 재료를 사용하기 때문이다. 따라서, 볼트의 길이를 길게 하고, 볼트의 단면적은 작게 하는 것이 충격 에너지 흡수 능력을 크게 하는 가장 적합한 방법이다.
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50. 원추 클러치에서 원추각이 마찰각 이하로 될 때 나타나는 현상으로 옳은 것은?

  1. 원추를 잡아 빼내는데 힘이 들어 불편하다.
  2. 축방향에 밀어 부치는 힘 P가 크게 된다.
  3. 시동할 때 클러치의 물리는 상태가 아주 원활하기 때문에 충격이 일어나지 않는다.
  4. 모양이 소형이 되므로 공작이 용이하다.
(정답률: 74%)
  • 정답은 "원추를 잡아 빼내는데 힘이 들어 불편하다." 이유는 원추각이 마찰각 이하로 줄어들면, 원추와 원통 사이의 마찰력이 감소하게 되어 원추가 원통 안에서 미끄러지기 쉬워지기 때문입니다. 따라서, 클러치를 잡아 빼내는데 더 많은 힘이 필요하게 됩니다. "축방향에 밀어 부치는 힘 P가 크게 된다."는 원추각과는 관련이 없는 다른 현상입니다. "시동할 때 클러치의 물리는 상태가 아주 원활하기 때문에 충격이 일어나지 않는다."와 "모양이 소형이 되므로 공작이 용이하다."는 원추각과는 직접적인 관련이 없는 다른 특징입니다.
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51. 주철의 성장을 방지하는 일반적인 방법이 아닌 것은?

  1. 흑연을 미세하게 하여 조직을 치밀하게 한다.
  2. C, Si 량을 감소시킨다.
  3. 탄화물 안정원소인 Cr, Mn, Mo, V 등을 첨가한다.
  4. 주철을 720℃ 정도에서 가열, 냉각시킨다.
(정답률: 31%)
  • 주철을 720℃ 정도에서 가열하고 냉각시키는 것은 열처리 과정 중 하나인 단순 열처리이며, 주철의 성장을 방지하는 일반적인 방법이 아닙니다. 이 과정은 주로 강철 제조 과정에서 사용되며, 강철의 미세조직을 조절하거나 경화를 위해 사용됩니다.
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52. 강의 쾌삭성을 증가시키기 위하여 첨가하는 원소는?

  1. Pb, S
  2. Mo, Ni
  3. Cr, W
  4. Si, Mn
(정답률: 58%)
  • "Pb, S"는 강의 절삭성을 증가시키기 위해 첨가되는 원소입니다. Pb는 자유절단성을 향상시키고, S는 절삭성을 향상시키는데 기여합니다. Pb는 침전경화를 유발하여 고강도강의 경도를 높이고, S는 강의 가공성을 향상시키는데 도움을 줍니다. 따라서 Pb와 S는 강의 절삭성을 향상시키는데 효과적으로 사용됩니다.
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53. 구상흑연 주철에서 흑연을 구상으로 만드는데 사용하는 원소는?

  1. Ni
  2. Ti
  3. Mg
  4. Cu
(정답률: 64%)
  • 구상흑연 주철에서 흑연을 만들기 위해서는 주철 내의 탄소 원자들이 구상으로 변화해야 합니다. 이를 위해서는 구상 원소가 필요한데, 구상 원소는 탄소와 결합하여 흑연을 형성합니다. 이 중에서 구상 원소로 가장 적합한 것은 마그네슘(Mg)입니다. 이는 탄소와 결합하기 쉽고, 구상과정에서 발생하는 열에도 강하게 견딜 수 있기 때문입니다. 따라서 정답은 "Mg"입니다.
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54. 담금질 조직 중 가장 경도가 높은 것은?

  1. 펄라이트
  2. 마텐자이트
  3. 솔바이트
  4. 트루스타이트
(정답률: 75%)
  • 마텐자이트는 탄소 함량이 매우 높은 담금질 조직으로, 탄소 원자들이 강하게 결합하여 매우 경도가 높은 성질을 가지고 있습니다. 따라서 가장 경도가 높은 담금질 조직 중 하나입니다. 반면, 펄라이트는 탄소 함량이 낮아 경도가 낮고, 솔바이트와 트루스타이트는 다른 원소와 결합하여 형성되어 경도가 낮습니다.
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55. 노 안에서 페로실리콘(Fe-Si), 알루미늄 등의 강력한 탈산제를 첨가하여 충분히 탈산시킨 강괴는?

  1. 세미킬드 강괴
  2. 림드 강괴
  3. 캡드 강괴
  4. 킬드 강괴
(정답률: 70%)
  • 킬드 강괴는 노 안에서 강력한 탈산제를 첨가하여 충분히 탈산시킨 강괴로, 탈산 처리가 가장 많이 된 강괴이기 때문에 "킬드"라는 이름이 붙었습니다.
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56. 고속도강의 제조에 사용되지 않는 원소는?

  1. 텅스텐(W)
  2. 바나듐(V)
  3. 알루미늄(Al)
  4. 크롬(Cr)
(정답률: 81%)
  • 고속도강의 제조에 사용되는 원소는 주로 철(Fe)이며, 이에 첨가되는 원소로 텅스텐, 바나듐, 크롬 등이 있습니다. 하지만 알루미늄은 고속도강 제조에 사용되지 않습니다. 이는 알루미늄이 철과 함께 사용될 경우 불안정한 화학반응을 일으키기 때문입니다. 따라서 고속도강 제조에는 알루미늄 대신 다른 원소들이 사용됩니다.
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57. 순철(pure iron)에 없는 변태는?

  1. A1
  2. A2
  3. A3
  4. A4
(정답률: 84%)
  • 순철은 철의 순수한 형태이므로, 다른 원소나 화합물이 섞여 있지 않습니다. 따라서 보기에서 나열된 모든 변태들은 순철에 존재하지 않습니다. 따라서 정답은 "A1"이 됩니다.
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58. 탄소공구강 재료의 구비 조건으로 틀린 것은?

  1. 상온 및 고온경도가 클 것
  2. 내마모성이 작을 것
  3. 가공 및 열처리성이 양호할 것
  4. 강인성 및 내충격성이 우수할 것
(정답률: 75%)
  • "내마모성이 작을 것"이 틀린 조건이다. 탄소공구강은 내마모성이 높아야 하기 때문에, 이 조건은 오히려 반대되는 조건이다. 내마모성이 작을수록 마모에 취약하며, 공구강으로 사용하기에는 적합하지 않다.
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59. 다음 재료 중 고강도 합금으로써 항공기용 재료에 사용되는 것은?

  1. Naval brass
  2. 알루미늄 청동
  3. 베릴륨 동
  4. Extra Super Duralumin(ESD)
(정답률: 74%)
  • Extra Super Duralumin(ESD)은 알루미늄 합금 중에서도 고강도 합금으로, 항공기용 재료로 사용됩니다. 이는 ESD가 알루미늄, 구리, 망간, 마그네슘 등의 원소를 혼합하여 만들어진 합금으로, 경량성과 강도가 뛰어나기 때문입니다. 또한, 내식성과 내부식성이 우수하여 항공기의 내구성을 높이는 데에도 사용됩니다.
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60. 금형의 표면과 중심부 또는 얇은부분과 두꺼운 부분 등에서 담금질할 때 균열이 발생하는 가장 큰 이유는?

  1. 마텐자이트 변태 발생 시간이 다르기 때문에
  2. 오스테나이트 변태 발생 시간이 다르기 때문에
  3. 트루스타이트 변태 발생 시간이 늦기 때문에
  4. 솔바이트 변태 발생 시간이 빠르기 때문에
(정답률: 62%)
  • 금형의 표면과 중심부 또는 얇은부분과 두꺼운 부분 등에서 담금질할 때 균열이 발생하는 가장 큰 이유는 마텐자이트 변태 발생 시간이 다르기 때문입니다. 이는 금형의 각 부분이 냉각 속도가 다르기 때문에 발생하는 현상으로, 빠르게 냉각되는 표면 부분은 빠르게 마텐자이트 변태가 일어나지만, 느리게 냉각되는 중심부나 두꺼운 부분은 느리게 마텐자이트 변태가 일어나기 때문에 금형 내부에서 응력이 발생하고 균열이 생길 수 있습니다.
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4과목: 기구학 및 CAD

61. 3차의 베지어 패치(Bazier Patch)를 정의하는데 필요한 제어점(control points)의 수는?

  1. 4개
  2. 8개
  3. 12개
  4. 16개
(정답률: 36%)
  • 3차 베지어 패치는 4개의 제어점으로 이루어진 2차원 베지어 곡선을 2개 겹쳐서 만들어지므로, 각각의 베지어 곡선에 4개의 제어점이 필요하며, 이를 합치면 8개의 제어점이 필요합니다. 이렇게 만들어진 2차원 베지어 곡선을 다시 2개 겹쳐서 3차원 곡면을 만들기 때문에, 총 16개의 제어점이 필요합니다.
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62. B-rap 방식에 의한 솔리드모델링 표현에서 오일러 (Euler)관계식을 적용하기 위하여 인위적인 경계요소(면, 모서리, 꼭짓점)의 추가가 필요한 형상은?

  1. 직육면체
  2. 사면체 각뿔
  3. 오각 기둥
  4. 원환(torus)
(정답률: 53%)
  • 원환은 B-rap 방식으로 표현할 때 인위적인 경계요소를 추가하지 않아도 오일러 관계식을 적용할 수 있는 형상이기 때문입니다. 원환은 내부와 외부가 연결된 구조로, 내부와 외부가 서로 연결되어 있기 때문에 인위적인 경계요소를 추가하지 않아도 오일러 관계식을 적용할 수 있습니다. 따라서 원환은 B-rap 방식으로 표현하기에 적합한 형상입니다.
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63. 다양한 형상을 미리 라이브러리로 형성해 놓고 이를 이용하여 형상을 모델링하는 솔리드 모델링 방법은?

  1. 경계 표현법(Boundary representation)
  2. CSG(Constructive Solid Geometry)
  3. 공간 분할법(Spatial decomposition)
  4. 스윕 표현법(Sweep representation)
(정답률: 44%)
  • 다양한 형상을 미리 라이브러리로 형성해 놓고 이를 이용하여 형상을 모델링하는 솔리드 모델링 방법 중 CSG(Constructive Solid Geometry)은 불연속적인 형상을 조합하여 새로운 형상을 만들어내는 방법입니다. 이 방법은 논리적인 연산을 통해 형상을 만들어내기 때문에 정확하고 일관성 있는 모델링이 가능하며, 라이브러리에 미리 형성된 형상을 이용하기 때문에 모델링 시간을 단축시킬 수 있습니다.
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64. 다음 중 전자가 형광체를 여기(excitation) 하여 발광을 하는 디스플레이 장치가 아닌 것은?

  1. CRT(Cathode Ray Tube)
  2. PDP(Plasma Display Panel)
  3. VFD(Vacuum Fluorescent Display)
  4. FED(Field Emission Display)
(정답률: 42%)
  • PDP(Plasma Display Panel)는 전자가 형광체를 여기(excitation) 하여 발광을 하는 디스플레이 장치입니다. CRT(Cathode Ray Tube), VFD(Vacuum Fluorescent Display), FED(Field Emission Display)는 모두 전자를 이용하여 화면을 생성하지만, 형광체를 사용하지 않습니다. CRT는 전자를 직접 화면에 쏘아서 이미지를 생성하고, VFD는 진공 상태에서 전자를 이용하여 발광체를 발광시키고, FED는 발광체 대신에 전자를 직접 화면에 쏘아서 이미지를 생성합니다.
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65. 다음은 솔리드를 표현하는 여러 방법 중 CSG(Constructive Solid Geometry)와 B-Rap (Boundary Representation)을 비교한 것이다. 틀린 것은?

  1. 모따기와 라운딩같은 모델의 국부 수정은 B-Rep 방식이 더 유리하다.
  2. CSG 모델에서는 모델의 생성과정에 관한 정보를 쉽게 알 수 있다
  3. 모델의 저장이 CSG가 명시적이라면 B-Rep은 묵시적이라 할 수 있다.
  4. CSG 모델을 B-Rep으로 전환하는 것은 항상 가능한 일이다.
(정답률: 34%)
  • 정답은 "CSG 모델을 B-Rep으로 전환하는 것은 항상 가능한 일이다."이다.

    CSG와 B-Rep은 모델링 방식에 따라 차이가 있으며, 각각의 장단점이 있다. CSG는 불연속적인 공간을 조합하여 모델을 만들어가는 방식으로, 모델의 생성과정에 관한 정보를 쉽게 알 수 있고, 모델의 수정이 용이하다는 장점이 있다. 반면 B-Rep은 모델의 표면을 정확하게 표현하는 방식으로, 모따기나 라운딩과 같은 모델의 국부 수정이 더 유리하다는 장점이 있다.

    그리고 "모델의 저장이 CSG가 명시적이라면 B-Rep은 묵시적이라 할 수 있다."는 틀린 설명이다. 모델의 저장 방식은 CSG와 B-Rep 모두 명시적으로 저장할 수 있으며, 이는 사용하는 소프트웨어나 파일 형식에 따라 다르다.

    마지막으로 "CSG 모델을 B-Rep으로 전환하는 것은 항상 가능한 일이다."는 틀린 설명이다. CSG와 B-Rep은 서로 다른 모델링 방식으로, CSG 모델을 B-Rep으로 전환하는 것은 항상 가능한 것은 아니다. 이는 모델의 복잡도와 구성 요소에 따라 달라질 수 있다.
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66. CSG 방식을 이용하여 다음의 솔리드 모델을 생성 하고자 한다. A, B, C에 들어갈 불리언(boolean) 연산자를 차례대로 표시한 것은? (∪ : 합집합, ∩ : 교집합, - : 차집합)

  1. ∪, ∩, ∩
  2. ∪, - -
  3. - ∪, -
  4. ∩, ∪, ∩
(정답률: 38%)
  • A는 원통과 구의 합집합이므로 ∪이다. B는 원통과 구의 교집합에서 원통을 뺀 것이므로 - -이다. C는 구와 원통의 교집합에서 원통을 뺀 것과 구의 교집합에서 원통을 뺀 것의 합집합이므로 - ∪ -이다. D는 구와 원통의 교집합에서 원통을 뺀 것과 구와 원통의 합집합에서 원통의 교집합을 뺀 것의 교집합이므로 ∩, ∪, ∩이다. 따라서 정답은 "∪, - -"이다.
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67. 곡선의 모델링시 주어진 데이터 점들의 양 끝점과 그 점에서의 접선벡터를 이용하여 3차 곡선을 정의하는 보간(interpolation)법은 무엇인가?

  1. Hermite interpolation
  2. Lagrange interpolation
  3. Gaussian interpolation
  4. Bezier interpolation
(정답률: 50%)
  • Hermite interpolation은 주어진 데이터 점들의 양 끝점과 그 점에서의 접선벡터를 이용하여 곡선을 정의하는 보간법이다. 이를 통해 곡선의 모양을 더욱 자세하게 제어할 수 있으며, 데이터 점들의 변화에 따라 곡선이 부드럽게 변화할 수 있다. 따라서 Hermite interpolation이 주어진 보기 중에서 정답이다. Lagrange interpolation은 주어진 데이터 점들을 이용하여 다항식을 구하는 보간법이며, Gaussian interpolation은 가우스 함수를 이용하여 보간하는 방법이다. Bezier interpolation은 Bezier 곡선을 이용하여 보간하는 방법이다.
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68. 다음 그림은 어떤 형상의 와이어프레임(wire frame)모델이다. 이 모델은 그림에서와 같이 보는 관점에 따라서 여러 가지 모양으로 해석될 수 있는 문제점을 지닌다. 어떠한 정보가 추가되어야 정확한 형상을 표현할 수 있는가?

  1. Egde
  2. Surface
  3. Curve
  4. Vertex
(정답률: 53%)
  • 정답은 "Surface"이다. 와이어프레임 모델은 오직 선분과 꼭짓점으로만 구성되어 있기 때문에, 형상의 표면 정보가 부족하다. 따라서, 정확한 형상을 표현하기 위해서는 표면 정보가 추가되어야 한다. "Edge"는 선분을 의미하며, "Curve"는 곡선을 의미한다. "Vertex"는 꼭짓점을 의미한다.
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69. 3차원(3D) 변환에 있어서는 X, Y, Z의 모든 축을 고려해야 한다. 3차원상의 한 점 P = [1 1 1]을 X축에 대해 반시계방향으로 90° 회전한 후의 점 좌표로서 알맞은 것은?

  1. [ 1 0 1 ]
  2. [ 1 1 -1 ]
  3. [ 1 -1 1]
  4. [-1 1 1 ]
(정답률: 알수없음)
  • X축에 대해 반시계방향으로 90° 회전하면 Y축이 Z축의 음의 방향으로 이동하게 된다. 따라서 X축에 대해 90° 회전한 후의 점 좌표는 [1, -1, 1]이 된다. 이는 원래의 점 [1, 1, 1]을 X축을 기준으로 시계방향으로 90° 회전한 것과 같다.
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70. 여러 가지 곡선을 모델링하는 경우의 일반적인 설명으로 틀린 것은?

  1. B-spline 곡선은 한 개의 조정점이 바뀌어도 몇 개의 곡선 segment만 영향을 받고 나머지는 변하지 않는다.
  2. Bezier 곡선은 n 차일 때 n+1 개의 조정점에 의하여 정의된다.
  3. [ 0 0 0 1 1 1]은 NURBS의 절점벡터(knots vector)로 볼 수 있다.
  4. NURBS 곡선표현은 모든 B-spline과 Bezier 곡선 표현이 가능한 것은 아니다.
(정답률: 34%)
  • "NURBS 곡선표현은 모든 B-spline과 Bezier 곡선 표현이 가능한 것은 아니다."가 틀린 이유는 NURBS 곡선은 B-spline과 Bezier 곡선의 일반화된 형태이기 때문이다. 따라서 B-spline과 Bezier 곡선이 NURBS 곡선으로 변환될 수 있지만, 모든 B-spline과 Bezier 곡선이 NURBS 곡선으로 변환될 수 있는 것은 아니다.
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71. 평마찰차와 홀마찰차가 같은 힘으로 밀어붙일 때 회전력은 어떻게 되겠는가?

  1. 어느 것이나 다 같다.
  2. 평마찰차가 1.5배 가량 크다.
  3. 평마찰차가 2배 가량 크다.
  4. 홈마찰차가 더 크다.
(정답률: 36%)
  • 홈마찰차는 평면과 접촉하는 면적이 작아서 마찰력이 작게 작용하지만, 평마찰차는 면적이 크기 때문에 더 많은 마찰력이 작용한다. 따라서 같은 힘으로 밀어붙일 때 회전력은 홈마찰차가 더 작게 작용하게 된다.
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72. 원동자 지름 100mm, 회전수 500rpm이고, 종동차 지름 200mm인 벨트 전동장치에서 종동차의 회전수는 몇 rpm인가단, 벨트두께는 고려치 않는다.)

  1. 1000
  2. 500
  3. 250
  4. 2500
(정답률: 67%)
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73. 왕복 슬라이더 크랭크기구에서 구성요소가 아닌 것은?

  1. 크랭크
  2. 슬라이더
  3. 벨트
  4. 커넥팅로드
(정답률: 62%)
  • 왕복 슬라이더 크랭크기구에서 벨트는 구성요소가 아닙니다. 왕복 슬라이더 크랭크기구는 크랭크, 슬라이더, 커넥팅로드로 구성되어 있습니다. 벨트는 기구의 운동을 전달하는 역할을 하는데, 왕복 슬라이더 크랭크기구에서는 직접적으로 운동을 전달하는 구성요소가 아니기 때문에 포함되지 않습니다.
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74. 다음 평 벨트의 걸기 형태에서 접촉각이 가장 큰 것은?

  1. 이완측(slack side)을 위에 둔 바로걸기
  2. 이완측(slack side)을 아랫니 둔 바로걸기
  3. 엇 걸기(cross belting)
  4. 긴장 풀리(tension pulley)를 사용한 바로걸기
(정답률: 59%)
  • 엇 걸기(cross belting)에서는 벨트가 교차하여 걸리기 때문에 접촉면적이 가장 크게 되어 접촉각이 가장 커집니다. 이는 벨트의 마찰력을 높여서 전달되는 힘을 더욱 효율적으로 전달할 수 있게 합니다.
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75. 기어 이(齒)의 크기를 표시하는 방법이 아닌 것은?

  1. 모듈
  2. 원주 피치
  3. 이끌 높이
  4. 지름 피치
(정답률: 47%)
  • 기어 이(齒)의 크기를 표시하는 방법 중 "이끌 높이"는 아닙니다. 이끌 높이는 기어 이(齒)의 모양을 결정하는 요소 중 하나로, 기어 이(齒)의 꼭대기에서 바닥까지의 거리를 의미합니다. 따라서 이끌 높이는 기어 이(齒)의 크기를 나타내는 것이 아니라 모양을 결정하는 요소 중 하나입니다. 기어 이(齒)의 크기를 나타내는 방법으로는 "모듈", "원주 피치", "지름 피치" 등이 있습니다.
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76. 두 축이 만나지도 평행하지도 않는 경우에 사용된 기어로 바르게 짝지어진 것은?

  1. 하이포이드 기어, 웜 기어
  2. 웜 기어, 크라운 기어
  3. 크라운 기어, 베벨 기어
  4. 나사 기어, 헬리컬 기어
(정답률: 48%)
  • 두 축이 만나지도 평행하지도 않는 경우에는 하이포이드 기어나 웜 기어가 사용됩니다. 하이포이드 기어는 웜 기어와 달리 축이 서로 교차되어 있어서 효율이 높고 진동이 적습니다. 웜 기어는 움직임이 부드럽고 소음이 적어서 자동차나 기계 등에 많이 사용됩니다.
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77. 다음 중 캠 기구를 응용한 장치는?

  1. 내연기관 밸브 개폐장치
  2. 리프트 장치
  3. 배력장치
  4. 제도기계
(정답률: 58%)
  • 캠 기구는 회전 운동을 직선 운동으로 변환하는 기구이다. 내연기관 밸브 개폐장치는 캠 기구를 이용하여 밸브를 개폐하는 장치이다. 캠 기구의 회전 운동을 이용하여 밸브를 열고 닫아 연소 가스의 유입과 배출을 조절한다. 따라서 "내연기관 밸브 개폐장치"가 캠 기구를 응용한 장치이다.
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78. 기소 중에서 캠, 기어 등이 접촉하고 있는 대우는?

  1. 미끄럼대우
  2. 회전대우
  3. 구면대우
  4. 점선대우
(정답률: 알수없음)
  • 캠과 기어는 회전 운동을 하면서 서로 접촉하고 있기 때문에, 이 접촉점은 고정되어 있지 않고 계속 움직입니다. 이러한 접촉점을 따라 그리면 점선 모양이 나타나기 때문에 이 대우를 "점선대우"라고 부릅니다.
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79. 사일런트 체인을 사용하는 주목적으로 가장 적합한 것은?

  1. 보다 정숙한 운전
  2. 큰 동력전달
  3. 자유로운 변속
  4. 체인 핀 마모방지
(정답률: 45%)
  • 사일런트 체인은 소음이 적은 체인으로, "보다 정숙한 운전"을 위해 사용됩니다. 이는 차량 운전 중에 발생하는 불필요한 소음을 줄여 운전자의 집중력을 높이고, 주변 환경에 불편을 끼치지 않도록 하기 위함입니다. 큰 동력전달이나 자유로운 변속, 체인 핀 마모방지와 같은 목적으로는 다른 종류의 체인이 더 적합합니다.
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80. 어떤 기구가 정지 상태에서 출발하여 1분 후에 시속 100km의 속도가 되었다. 이 기구의 가속도(m/s2)는?

  1. 0.463
  2. 1.67
  3. 13.89
  4. 27.78
(정답률: 34%)
  • 가속도(a)는 다음과 같은 공식을 사용하여 구할 수 있다.

    a = (v - u) / t

    여기서,
    v = 최종 속도 = 100 km/h = 27.78 m/s
    u = 초기 속도 = 0 m/s
    t = 시간 = 1 분 = 60 초

    따라서,

    a = (27.78 - 0) / 60
    = 0.463 m/s^2

    따라서, 정답은 "0.463" 이다.
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