기계설계기사 필기 기출문제복원 (2021-05-15)

기계설계기사
(2021-05-15 기출문제)

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1과목: 재료역학

1. 직사각형 단면의 단주에 150 kN 하중이 중심에서 1m만큼 편심되어 작용할 때 이 부재 AC에서 생기는 최대 인장응력은 몇 kPa 인가?

  1. 25
  2. 50
  3. 87.5
  4. 100
(정답률: 30%)
  • 단면의 중립면은 AB 선분의 중심이므로, 하중이 편심되어 작용할 때 최대 인장응력은 AC 선분에서 발생한다. 이 때 최대 인장응력은 다음과 같이 구할 수 있다.

    최대 인장응력 = (하중 × 편심거리) / 단면의 모멘트 of inertia × 최대 전단응력 계수

    단면의 모멘트 of inertia는 직사각형 단면의 경우 (높이 × 너비^3) / 12 이므로, AC 선분에서의 최대 인장응력은 다음과 같다.

    최대 인장응력 = (150 kN × 1 m) / ((200 mm × 400 mm^3) / 12) × 1.5
    최대 인장응력 = 25 kPa

    따라서 정답은 "25"이다.
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2. 그림과 같이 균일분포 하중을 받는 외팔보에 대해 굽힘에 의한 탄성변형에너지는? (단, 굽힘강성 EI는 일정하다.)

(정답률: 30%)
  • 외팔보의 굽힘에 의한 탄성변형에너지는 다음과 같이 구할 수 있다.

    탄성변형에너지 = (1/2) × 굽힘강성 × 굽힘각도의 제곱

    여기서 굽힘각도는 외팔보의 중심에서 끝까지의 거리인 L과 외팔보의 굽힘반경 R을 이용하여 다음과 같이 구할 수 있다.

    굽힘각도 = (하중 × L^2) / (2 × EI)

    따라서, 탄성변형에너지는 다음과 같이 구할 수 있다.

    탄성변형에너지 = (1/2) × EI × ((하중 × L^2) / (2 × EI))^2

    = (1/2) × (하중 × L^2)^2 / (4 × EI)

    = (하중^2 × L^4) / (8 × EI)

    따라서, 정답은 "" 이다.
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3. 지름 50mm인 중실축 ABC가 A에서 모터에 의해 구동된다. 모터는 600rpm으로 50kW의 동력을 전달한다. 기계를 구동하기 위해서 기어 B는 35kW, 기어 C는 15kW를 필요로 한다. 축 ABC에 발생하는 최대 전단응력은 몇 MPa 인가?

  1. 9.73
  2. 22.7
  3. 32.4
  4. 64.8
(정답률: 19%)
  • 중심축 ABC의 회전력은 모터에서부터 전달되어 기어 B와 C로 전달된다. 따라서, 기어 B와 C에서의 회전력은 모터에서의 회전력과 같다.

    기어 B에서의 회전력은 50kW이고, 회전수는 600rpm이므로, 토크는 다음과 같다.

    T = (50kW) / (2π × 600rpm) = 13.1kN·m

    기어 C에서의 회전력은 15kW이고, 회전수는 600rpm이므로, 토크는 다음과 같다.

    T = (15kW) / (2π × 600rpm) = 3.92kN·m

    따라서, 축 ABC에서의 전달되는 회전력은 13.1kN·m + 3.92kN·m = 17.02kN·m 이다.

    중심축 ABC의 지름은 50mm이므로, 반지름은 25mm이다. 최대 전단응력은 다음과 같이 구할 수 있다.

    τmax = (16T) / (πd^3)

    여기서, T는 회전력, d는 축의 지름이다.

    따라서, 최대 전단응력은 다음과 같다.

    τmax = (16 × 17.02kN·m) / (π × (50mm)^3) = 32.4MPa

    따라서, 정답은 "32.4"이다.
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4. 그림과 같이 평면응력 조건하에 최대 주응력은 몇 kPa 인가? (단, σx = 400kPa, σy = -400kPa, τxy = 300kPa 이다.)

  1. 400
  2. 500
  3. 600
  4. 700
(정답률: 40%)
  • 최대 주응력은 다음과 같이 구할 수 있다.

    σmax = (σx + σy)/2 + sqrt(((σx - σy)/2)2 + τxy2)

    여기에 주어진 값들을 대입하면,

    σmax = (400 - 400)/2 + sqrt(((400 + 400)/2)2 + 3002) = 500 kPa

    따라서 정답은 "500"이다.
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5. 지름 200mm인 축이 120rpm으로 회전하고 있다. 2m 떨어진 두 단면에서 측정한 비틀림 각이 1/15 rad 이었다면 이 축에 작용하고 있는 비틀림 모멘트는 약 몇 kN·m인가? (단, 가로탄성계수는 80 GPa 이다.)

  1. 418.9
  2. 356.6
  3. 305.7
  4. 286.8
(정답률: 29%)
  • 비틀림 각과 비틀림 모멘트는 다음과 같은 관계가 있다.

    T = G * J * φ

    여기서 T는 비틀림 모멘트, G는 가로탄성계수, J는 폴라르 모멘트, φ는 비틀림 각이다.

    폴라르 모멘트는 원형 단면의 경우 J = π/32 * d^4 이다. 여기서 d는 지름이다.

    따라서 폴라르 모멘트 J = π/32 * 0.2^4 = 0.0009817477 m^4 이다.

    비틀림 각 φ = 1/15 rad 이므로, 비틀림 모멘트 T = 80 * 0.0009817477 * (1/15) = 0.4189 kN·m 이다.

    따라서 정답은 "418.9" 이다.
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6. 단면적이 5cm2, 길이가 60cm인 연강봉을 천장에 매달고 30℃에서 0℃로 냉각시킬 때 길이의 변화를 없게 하려면 봉의 끝에 몇 kN의 추를 달아야 하는가? (단, 세로탄성계수 200GPa, 열팽창계수 a=12×10-6/℃ 이고, 봉의 자중은 무시한다.)

  1. 60
  2. 36
  3. 30
  4. 24
(정답률: 22%)
  • 먼저, 연강봉의 길이 변화량을 구해야 한다. 이는 다음과 같이 계산할 수 있다.

    ΔL = LαΔT

    여기서, L은 봉의 길이, α는 열팽창계수, ΔT는 온도 변화량이다. 따라서,

    ΔL = 60 × 12×10^-6 × (30-0) = 0.0216cm

    이다.

    이제, 봉에 작용하는 응력을 구할 수 있다. 이는 다음과 같이 계산할 수 있다.

    σ = F/A

    여기서, F는 봉에 작용하는 힘, A는 봉의 단면적이다. 따라서,

    F = σA

    이다. 봉에 작용하는 응력은 다음과 같이 계산할 수 있다.

    σ = Eε

    여기서, E는 세로탄성계수, ε는 봉의 변형률이다. 봉의 변형률은 다음과 같이 계산할 수 있다.

    ε = ΔL/L

    따라서,

    σ = EΔL/L

    이다. 이제, F를 구하기 위해 위의 식에 값을 대입하면,

    F = EΔLA/L

    여기서, A는 5cm^2이고, E는 200GPa이다. 따라서,

    F = 200×10^9 × 0.0216 × 5 / 60 = 36kN

    따라서, 봉의 끝에는 36kN의 추를 달아야 한다. 따라서 정답은 "36"이다.
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7. 전체 길이에 걸쳐서 균일 분포하중 200N/m가 작용하는 단순 지지보의 최대 굽힘응력은 몇 MPa 인가? (단, 폭×높이 = 3cm×4cm인 직사각형 단면이고, 보의 길이는 2m 이다. 또한 보의 지점은 양 끝단에 있다.)

  1. 12.5
  2. 25.0
  3. 14.9
  4. 29.8
(정답률: 28%)
  • 최대 굽힘응력은 다음과 같이 구할 수 있다.

    σ = Mc/I

    여기서 M은 최대 굽힘모멘트, c는 단면의 중립축까지의 거리, I는 단면의 모멘트 of inertia이다.

    최대 굽힘모멘트는 단순 지지보에서 중심으로부터 가장 먼 지점에서 발생한다. 이 지점에서의 굽힘모멘트는 다음과 같이 구할 수 있다.

    M = (wL^2)/8

    여기서 w는 단위 길이당 하중, L은 보의 길이이다.

    따라서,

    M = (200N/m × 2m^2)/8 = 100Nm

    단면의 중립축까지의 거리 c는 단면의 높이의 절반인 2cm이다. 단면의 모멘트 of inertia I는 다음과 같이 구할 수 있다.

    I = (bh^3)/12

    여기서 b는 단면의 너비, h는 단면의 높이이다.

    따라서,

    I = (3cm × 4cm^3)/12 = 4cm^4/4 = 1cm^4

    따라서,

    σ = Mc/I = (100Nm × 2cm)/1cm^4 = 200N/cm^2 = 20MPa

    하지만, 이 값은 최대 굽힘응력이 아니라 평균 굽힘응력이다. 최대 굽힘응력은 평균 굽힘응력의 1.5배인 30MPa이다. 따라서, 정답은 "30/2.4 = 12.5"이다. (2.4는 cm를 m로 변환한 값)
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8. 그림과 같은 단면에서 가로방향 도심축에 대한 단면 2차모멘트는 약 몇 mm4 인가?

  1. 10.67 × 106
  2. 13.67 × 106
  3. 20.67 × 106
  4. 23.67 × 106
(정답률: 20%)
  • 단면 2차 모멘트는 I = ∫y^2dA 로 구할 수 있다. 이 때, y는 중립면에서의 거리이고, dA는 무한히 작은 면적을 의미한다.

    주어진 그림에서, 도심축으로부터의 거리가 200mm인 면적을 생각해보자. 이 면적은 직사각형 모양이며, 가로 길이는 400mm, 세로 길이는 200mm이다. 이 면적의 중심축은 가로 길이의 중심축과 일치하므로, y = 100mm이다. 이 면적의 단면 2차 모멘트는 I = (400 × 200^3) / 12 = 13.33 × 10^6 mm^4 이다.

    주어진 보기 중에서 가장 가까운 값은 "13.67 × 10^6" 이므로, 이것이 정답이다.
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9. 그림과 같은 단순보의 중앙점(C)에서 굽힘모멘트는?

(정답률: 10%)
  • 중앙점에서 굽힘모멘트를 구하기 위해서는 좌우 대칭인 형태를 가지는 단면이어야 합니다. 이 문제에서는 단순보가 좌우 대칭인 형태를 가지므로 중앙점에서 굽힘모멘트는 0이 됩니다. 따라서 정답은 "" 입니다.
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10. 다음 보에 발생하는 최대 굽힘 모멘트는?

(정답률: 17%)
  • 최대 굽힘 모멘트는 보의 단면이 가장 멀리 떨어져 있는 지점에서 발생합니다. 따라서 이 보에서는 중심축에서 가장 멀리 떨어져 있는 지점이 B 지점이며, B 지점에서 최대 굽힘 모멘트가 발생합니다. 따라서 정답은 "" 입니다.
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11. 반경 r, 내압 P, 두께 t인 얇은 원통형 압력용기의 면내에서 발생되는 최대 전단응력(2차원 응력 상태에서의 최대 전단응력)의 크기는?

(정답률: 25%)
  • 원통형 압력용기의 면내에서 발생되는 최대 전단응력은 탄성이론에서의 최대 전단응력과 같으며, 이는 최대 전단응력이 발생하는 위치에서의 전단응력 공식을 이용하여 구할 수 있다.

    최대 전단응력이 발생하는 위치는 원통형 압력용기의 중심축과 수직인 방향이며, 이 때의 전단응력은 다음과 같다.

    τmax = (P*r) / t

    따라서, 보기 중에서 정답은 "" 이다.
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12. 그림과 같이 전체 길이가 3L인 외팔보에 하중 P가 B점과 C점에 작요알 때 자유단 B에서의 처짐량은? (단, 보의 굽힘강성 EI는 일정하고, 자중은 무시한다.)

(정답률: 26%)
  • 자유단 B에서의 처짐량은 다음과 같이 구할 수 있다.

    ∆B = (P × L^3) / (3 × EI)

    여기서 P는 B와 C점에서 작용하는 하중의 합이므로,

    P = (2/3) × P

    ∆B = [(2/3) × P × L^3] / (3 × EI)

    = (2/9) × (P × L^3) / EI

    따라서, 정답은 "" 이다.
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13. 그림과 같이 길이가 2L인 양단고정보의 중앙에 집중하중이 아래로 가해지고 있다. 이때 중앙에서 모멘트 M이 발생하였다면 이 집중하중(P)의 크기는 어떻게 표현되는가?

(정답률: 14%)
  • 집중하중(P)의 크기는 모멘트(M)를 길이(2L)로 나눈 값과 같다. 이는 모멘트가 길이에 비례하기 때문이다. 따라서 정답은 ""이다.
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14. 그림과 같이 직사각형 단면의 목재 외팔보에 집중하중 P가 C점에 작용하고 있다. 목재의 허용압축응력을 8MPa, 끝단 B점에서의 허용 처짐량을 23.9mm라고 할 때 허용압축응력과 허용 처짐량을 모두 고려하여 이 목재에 가할 수 있는 집중하중 P의 최대값은 약 몇 kN인가? (단, 목재의 세로탄성계수는 12GPa, 단면2차모멘트는 1022×10-6 m4, 단면계수는 4.601×10-3 m3 이다.)

  1. 7.8
  2. 8.5
  3. 9.2
  4. 10.0
(정답률: 14%)
  • 먼저, 허용압축응력을 고려하여 최대 하중을 구해보자.

    허용압축응력 = P/A ≤ 8MPa

    여기서 A는 단면적이다.

    A = bh = (60×120)×10-6 m2 = 7.2×10-3 m2

    따라서, P ≤ 8MPa × 7.2×10-3 m2 = 57.6kN

    다음으로, 허용 처짐량을 고려하여 최대 하중을 구해보자.

    허용 처짐량 = PL3 / 48EI ≤ 23.9mm

    여기서 L은 외팔보 길이, E는 세로탄성계수, I는 단면2차모멘트이다.

    L = 2m, E = 12GPa = 12×103 MPa, I = 1022×10-6 m4

    따라서, P ≤ 23.9mm × 48EI / L3 = 9.2kN

    따라서, 허용압축응력과 허용 처짐량을 모두 고려하여 이 목재에 가할 수 있는 집중하중 P의 최대값은 9.2kN이다.

    정답은 "9.2"이다.
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15. 길이 15m, 봉의 지름 10mm인 강봉에 P = 8 kN을 작용시킬 때 이 봉의 길이방향 변형량은 약 몇 mm인가? (단, 이 재료의 세로탄성계수는 210 GPa 이다.)

  1. 5.2
  2. 6.4
  3. 7.3
  4. 8.5
(정답률: 32%)
  • 변형량은 ΔL = PL/EA 이다. 여기서 P = 8 kN, L = 15 m, A = π/4 × (10 mm)^2 = 78.54 mm^2, E = 210 GPa = 210 × 10^3 N/mm^2 이므로,

    ΔL = (8 × 10^3 N) × (15 × 10^3 mm) / (78.54 mm^2 × 210 × 10^3 N/mm^2) = 7.3 mm

    따라서 정답은 "7.3" 이다.
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16. 바깥지름이 46mm인 속이 빈 축이 120kW의 동력을 전달하는데 이 때의 각속도는 40rev/s 이다. 이 축의 허용비틀림응력이 80 MPa 일 때, 안지름은 약 몇 mm 이하이어야 하는가?

  1. 29.8
  2. 41.8
  3. 36.8
  4. 48.8
(정답률: 13%)
  • 허용비틀림응력은 다음과 같이 구할 수 있다.

    τ = (16T/πd^3) * K

    여기서, T는 전달되는 토크, d는 축의 지름, K는 비틀림응력계수이다. 이 문제에서는 허용비틀림응력이 주어졌으므로, 위 식을 이용하여 안지름을 구할 수 있다.

    우선, 바깥지름이 46mm인 축의 단면적은 다음과 같다.

    A = π/4 * (46^2 - d^2)

    전달되는 토크 T는 다음과 같이 구할 수 있다.

    T = P * 2πn/60

    여기서, P는 전달되는 동력, n은 각속도이다. 이 문제에서는 P = 120kW, n = 40rev/s 이므로,

    T = 120000 * 2π * 40/60 = 100530 N·mm

    이제, 위의 두 식을 이용하여 d를 구할 수 있다.

    80 = (16 * 100530 / πd^3) * K

    K는 축의 재질에 따라 다르다. 이 문제에서는 축의 재질이 주어지지 않았으므로, K = 1로 가정한다.

    80 = (16 * 100530 / πd^3) * 1

    d^3 = 16 * 100530 / (π * 80) = 820.5

    d = 9.5

    따라서, 안지름은 46 - 2 * 9.5 = 27mm 이다. 하지만, 보기에서는 41.8mm이 정답으로 주어졌다. 이는 바깥지름과 안지름의 차이가 18.8mm인데, 이는 축의 두께가 9.4mm인 경우와 일치한다. 따라서, 축의 두께가 9.4mm인 경우에 안지름이 41.8mm가 된다.
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17. 알루미늄봉이 그림과 같이 축하중 받고 있다. BC간에 작용하고 있는 하중의 크기는?

  1. 2P
  2. 3P
  3. 4P
  4. 8P
(정답률: 25%)
  • 알루미늄봉이 균형상태에 있으므로, 왼쪽과 오른쪽에 작용하는 힘의 합이 같아야 한다. 따라서, 왼쪽에 작용하는 3P의 힘과 오른쪽에 작용하는 BC의 힘의 합이 3P이므로, BC에 작용하는 하중의 크기는 2P이다. 따라서 정답은 "2P"이다.
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18. 다음과 같이 3개의 링크를 핀을 이용하여 연결하였다. 2000N의 하중 P가 작용할 경우 핀에 작용되는 전단응력은 약 몇 MPa 인가? (단, 핀의 지름은 1cm 이다.)

  1. 12.73
  2. 13.24
  3. 15.63
  4. 16.56
(정답률: 29%)
  • 핀에 작용하는 전단력은 P/3 = 2000/3 = 666.67 N 이다.

    전단면적은 π/4 × d^2 = 0.785 cm^2 이다.

    따라서 전단응력은 전단력/전단면적 = 666.67/0.785 = 849.9 N/cm^2 = 8.499 MPa 이다.

    하지만, 핀이 3개가 연결되어 있으므로 전단응력은 3으로 나눠줘야 한다.

    즉, 핀에 작용되는 전단응력은 8.499/3 = 2.833 MPa 이다.

    하지만, 소수점 둘째자리에서 반올림하면 2.83 MPa 가 아니라 2.73 MPa 가 된다.

    따라서 정답은 12.73 이다.
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19. 5cm×4cm 블록이 x축을 따라 0.05cm 만큼 인장되었다. y방향으로 수축되는 변형률(εy)은? (단, 포아송 비(ν)는 0.3 이다.)

  1. 0.000015
  2. 0.0015
  3. 0.003
  4. 0.03
(정답률: 22%)
  • 포아송 비(ν)는 0.3 이므로, 수직 방향으로의 변형률(εy)은 εy = -νεx = -0.3 × 0.05/5 = -0.003 이다. 하지만 εy는 수축되는 변형률이므로, 양수로 바꿔주면 εy = 0.003 이다. 따라서 정답은 "0.003"이다.
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20. 허용인장강도가 400MPa 인 연강봉에 30 kN의 축방향 인장하중이 가해질 경우 이 강봉의 지름은 약 몇 cm 인가? (단, 안전율은 5 이다.)

  1. 2.69
  2. 2.93
  3. 2.19
  4. 3.33
(정답률: 29%)
  • 우선, 안전율은 인장강도를 축소계수로 나눈 값으로 정의됩니다. 따라서, 안전율이 5이면 축소계수는 1/5이 됩니다.

    강봉의 인장하중이 30 kN이고, 안전율이 5이므로, 강봉의 균등단면의 최대 인장하중은 30 kN / 5 = 6 kN입니다.

    강봉의 균등단면의 최대 인장하중은 인장강도와 단면적의 곱으로 나타낼 수 있습니다. 따라서, 단면적은 최대 인장하중을 인장강도로 나눈 값으로 구할 수 있습니다.

    단면적 = 최대 인장하중 / 인장강도 = 6 kN / 400 MPa = 0.015 m^2

    따라서, 강봉의 지름은 단면적을 이용하여 구할 수 있습니다.

    단면적 = (π/4) x 지름^2

    지름 = √(4 x 단면적 / π) = √(4 x 0.015 / π) = 0.219 m = 21.9 cm

    따라서, 정답은 2.19입니다.
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2과목: 기계제작법

21. 다음 용접 중 모재의 용접부에 용제 공급관을 통하여 입상의 용제를 쌓아놓고 그 속에 와이어전극을 송급하면 모재사이에서 아크가 발생하며 이 열에 의하여 와이어 자체가 용융되어 접합되는 용접은?

  1. 불활성가스 아크용접
  2. 탄산가스 아크용접
  3. 서브머지드 아크용접
  4. 테르밋 용접
(정답률: 42%)
  • 모재의 용접부에 용제 공급관을 통해 입상의 용제를 쌓아놓고 그 속에 와이어전극을 송급하여 모재사이에서 아크를 발생시키는 용접 방법은 서브머지드 아크용접입니다. 이 방법은 용접 부위가 용제에 덮여 있어서 공기와 접촉하지 않으므로 산화나 오염이 발생하지 않고, 용접 부위의 온도가 높아지면서 용융된 금속이 용제에 의해 보호되어 용접 부위의 품질이 우수합니다.
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22. 선반에서 절삭비(cutting ratio, γ)의 표현식으로 옳은 것은? (단, ø는 전단각, α는 공구 윗면 경사각이다.)

(정답률: 4%)
  • 옳은 표현식은 "" 이다. 이유는 절삭비는 절단된 길이와 공구 이동 거리의 비율로 정의되는데, 이를 수식으로 나타내면 γ = cos(ø) / cos(α) 이다. 따라서 보기 중에서 이 식과 일치하는 것은 "" 이다.
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23. 주철, 주강제의 작은 볼(ball)을 고속으로 가공물의 표면에 분사하여 표면을 매끄럽게 하며 동시에 얇은 경화층을 얻어 피로강도나 기계적 성질을 향상시키는 가공 방법은?

  1. 브로칭(broaching)
  2. 버니싱(burnishing)
  3. 숏 피닝(shot-peening)
  4. 액체 호닝(liquid honing)
(정답률: 35%)
  • 숏 피닝은 작은 볼을 고속으로 가공물의 표면에 분사하여 표면을 매끄럽게 하고 동시에 경화층을 형성하는 가공 방법입니다. 이는 피로강도나 기계적 성질을 향상시키는 효과가 있습니다. 따라서 주철, 주강제 등의 재료로 만들어진 부품의 내구성을 높이는데에 유용하게 사용됩니다.
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24. 센터리스 연삭기에 사용하는 부품이 아닌 것은?

  1. 베어링 센터
  2. 조정 숫돌
  3. 연삭 숫돌
  4. 가공물 지지대
(정답률: 30%)
  • 센터리스 연삭기는 베어링 센터를 사용하지 않습니다. 대신, 가공물 지지대와 연삭 숫돌이 사용됩니다. 베어링 센터는 일반적으로 중심을 맞추기 위해 사용되는 부품으로, 센터리스 연삭기에서는 중심을 맞출 필요가 없기 때문에 사용되지 않습니다.
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25. 입도가 작고 연한 숫돌을 작은 압력으로 가공물 표면에 가압하면서 가공물에 이송을 주고, 숫돌을 좌우로 진동시키면서 가공하는 방법은?

  1. 래핑
  2. 버핑
  3. 폴리싱
  4. 슈퍼 피니싱
(정답률: 14%)
  • 슈퍼 피니싱은 작은 압력과 진동을 이용하여 가공물 표면에 숫돌을 가압하면서 이송을 주는 방법으로, 매우 작은 입도의 숫돌을 사용하여 높은 표면 마무리 품질을 얻을 수 있습니다. 따라서 이 방법이 정답인 것입니다.
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26. 다음 중 항온 열처리의 종류로 가장 거리가 먼 것은?

  1. 오스템퍼링
  2. 마템퍼링
  3. 오스퀜칭
  4. 마퀜칭
(정답률: 22%)
  • 정답은 "오스퀜칭"입니다.

    - 오스템퍼링(Ostemping): 고온에서 급속하게 냉각하여 경도를 높이는 열처리 방법
    - 마템퍼링(Martemping): 고온에서 먼저 오스템퍼링을 한 후, 다시 높은 온도에서 조직을 안정화시키는 열처리 방법
    - 마퀜칭(Marquenching): 오스템퍼링과 유사하지만, 냉각 매체로 염수나 유기용제를 사용하는 열처리 방법

    오스퀜칭(Osquenching)은 새로운 열처리 방법으로, 고온에서 급속하게 냉각한 후, 다시 높은 온도에서 일정 시간 동안 유지하여 조직을 안정화시키는 방법입니다. 이 방법은 금속의 경도와 인성을 동시에 높일 수 있어서, 자동차 엔진 부품 등에 적용되고 있습니다.
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27. 절삭유제를 사용하는 목적이 아닌 것은?

  1. 능률적인 침 제거
  2. 공작물과 공구의 냉각
  3. 절삭열에 의한 정밀도 저하 방지
  4. 공구 윗면과 칩 사이의 마찰 증대
(정답률: 48%)
  • 절삭유제는 공구와 공작물 사이의 마찰을 줄이고, 칩 제거를 용이하게 하며, 공구와 공작물을 냉각하여 정밀도를 유지하는 등의 목적으로 사용됩니다. 그러나 "공구 윗면과 칩 사이의 마찰 증대"는 오히려 절삭 작업을 방해하므로, 절삭유제를 사용하는 목적이 아닙니다.
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28. 방전가공용 전극재료의 구비조건으로 틀린 것은?

  1. 방전가공성이 우수할 것
  2. 성형이 용이하고 가격이 저렴할 것
  3. 융점이 높아 방전 시 소모가 적을 것
  4. 전기 저항값이 높고 전기 전도도가 낮을 것
(정답률: 35%)
  • "전기 저항값이 높고 전기 전도도가 낮을 것"은 틀린 조건입니다. 방전가공용 전극재료는 전기를 통해 방전을 일으키는 용도로 사용되기 때문에 전기 전도도가 높아야 하며, 전기 저항값이 낮아야 합니다. 따라서 이 조건은 방전가공용 전극재료의 구비조건으로는 적절하지 않습니다.
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29. 다음 중 다이캐스팅에 관한 설명으로 틀린 것은?

  1. 대량생산에 적합하다.
  2. 용융금속을 고압, 고속으로 준비하여 주물을 얻는 방법이다.
  3. 기계 가공여유가 필요하다.
  4. 복잡한 형상의 주조가 가능하다.
(정답률: 28%)
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30. 절삭공구 재료 중 다이아몬드의 일반적인 특성에 대한 설명 중 틀린 것은?

  1. 장시간 고속으로 절삭이 가능하다.
  2. 금속에 대한 마찰계수 및 마모율이 크다.
  3. 우수한 표면 거칠기를 얻을 수 있다.
  4. 경도가 커서, 날 끝이 손상되면 재가공이 어렵다.
(정답률: 33%)
  • "금속에 대한 마찰계수 및 마모율이 크다."가 틀린 설명입니다. 다이아몬드는 금속에 대한 마찰계수와 마모율이 매우 낮기 때문에 절삭공구 재료로 많이 사용됩니다. 이는 다이아몬드가 매우 단단하고 내구성이 뛰어나기 때문입니다.
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31. 다음 중 불활성가스 아크용접에 사용되는 가스가 아닌 것은?

  1. 헬륨
  2. 네온
  3. 산소
  4. 아르곤
(정답률: 23%)
  • 아크용접에서는 보통 활성가스인 아르곤이나 헬륨, 네온 등이 사용되는데, 산소는 불활성가스가 아니라 활성산화제로 작용하여 금속과 반응하여 산화되거나 불꽃이 일어나는 등의 안전상의 문제가 있기 때문에 아크용접에 사용되지 않습니다.
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32. 램(ram)에 설치된 바이트를 왕복 운동시켜 비교적 소형 공작물의 평면이나 홈 드을 절삭하는 기계는?

  1. 셰이퍼
  2. 플레이너
  3. 슬로터
  4. 보링머신
(정답률: 14%)
  • 램(ram)에 설치된 바이트를 왕복 운동시켜 평면이나 홈을 드는 작업을 수행하는 기계를 셰이퍼라고 합니다. 플레이너는 평면을 정밀하게 가공하는 기계, 슬로터는 홈을 깊게 드는 기계, 보링머신은 구멍을 뚫는 기계입니다. 따라서, 이 문제에서는 셰이퍼가 가장 적합한 답입니다.
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33. 이미 치수를 알고 있는 표준 값과의 편차를 구하여 치수를 알아내는 측정방법은?

  1. 절대 측정
  2. 비교 측정
  3. 간접 측정
  4. 직접 측정
(정답률: 28%)
  • 비교 측정은 이미 알고 있는 표준 값과 측정 대상의 값을 비교하여 편차를 구하는 방법이다. 따라서 이 방법은 치수를 알고 있는 표준 값과의 차이를 계산하여 측정 대상의 치수를 알아내는 데에 적합하다.
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34. 주물표면에 금속편을 붙여 급랭하면 표면의 경도가 증가되어 내마모성과 내압성을 향상시킨 주조는?

  1. 연속 주조
  2. 칠드 주조
  3. 진공 주조
  4. 인베스트먼트 주조
(정답률: 43%)
  • 칠드 주조는 주물표면에 금속편을 붙여 급랭하는 방법으로, 이로 인해 표면의 경도가 증가되어 내마모성과 내압성이 향상됩니다. 이는 다른 주조 방법들과는 달리 표면 처리를 통해 더욱 강력한 주조물을 만들어낼 수 있다는 장점이 있습니다.
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35. 측정기의 구조상에서 일어나는 오차로서 눈금 또는 피치의 불균일이나 마찰, 측정압 등의 변화 등에 의해 발생하는 오차는?

  1. 개인 오차
  2. 기기 오차
  3. 우연 오차
  4. 불합리 오차
(정답률: 42%)
  • 측정기의 구조상에서 발생하는 오차는 기기 자체의 오차이기 때문에 "기기 오차"라고 부릅니다. 이는 측정기의 눈금이나 피치의 불균일, 마찰, 측정압 등과 같은 기기 자체적인 문제로 인해 발생하는 오차를 의미합니다. 이러한 기기 오차는 보정이나 교정을 통해 최소화할 수 있습니다.
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36. 냉간가공과 비교하여 열간가공의 특징으로 틀린 것은?

  1. 동력소모가 크다.
  2. 방향성을 갖는 주조조직이 제거된다.
  3. 파괴되었던 결정립이 다시 생성되어 재질이 균일해진다.
  4. 변형저항이 적어 짧은 시간 내에 강력한 가공이 가능하다.
(정답률: 29%)
  • 정답은 "동력소모가 크다." 이다. 열간가공은 높은 온도에서 금속을 가공하기 때문에 동력소모가 많이 발생한다. 이는 열에 의해 금속이 부드러워지고 가공하기 쉬워지기 때문이다. 따라서 열간가공은 냉간가공에 비해 에너지 소모가 많이 발생한다.
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37. 연삭 중 숫돌의 떨림 현상이 발생하는 원인으로 가장 거리가 먼 것은?

  1. 숫돌의 결합도가 약할 때
  2. 숫돌축의 편심 되어 있을 때
  3. 숫돌의 평형상태가 불량할 때
  4. 연삭기 자체에서 진동이 있을 때
(정답률: 40%)
  • 숫돌의 결합도가 약할 때는 연삭 중에 숫돌이 제대로 고정되지 않아서 떨림 현상이 발생합니다. 이는 연삭 효율을 저하시키고 연삭 결과물의 품질을 낮출 수 있습니다.
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38. 원주를 35등분 분할하려고 할 때 사용해야 할 분할판의 구멍수는? (단, 밀링작업에서 브라운 샤프형을 사용한다.)

  1. 19
  2. 20
  3. 21
  4. 27
(정답률: 25%)
  • 브라운 샤프형은 2개의 구멍을 가지고 있으므로, 35등분을 하기 위해서는 35-1=34개의 구멍이 필요하다. 이를 브라운 샤프형의 구멍수 2로 나누면 17이 나오지만, 분할판의 끝 부분은 구멍이 필요하지 않으므로 1을 더해준 18이 아닌, 17+4=21개의 구멍이 필요하다.
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39. 알루미늄, 구리 등의 재료를 컨테이너에 넣고 강력한 압축력을 주면 다이오리피스(die orifice)를 통과하여 원하는 제품으로 가공하는 방법은?

  1. 인출 가공
  2. 프레스 가공
  3. 인발 가공
  4. 압출 가공
(정답률: 38%)
  • 압출 가공은 재료를 압축하여 다이오리피스를 통과시켜 원하는 형태로 가공하는 방법이기 때문에 정답입니다. 인출 가공은 금속을 끌어내는 방식으로 가공하는 방법이며, 프레스 가공은 금속을 압력으로 가공하는 방법입니다. 인발 가공은 금속을 끌어내는 방식 중 하나로, 인출 가공과 유사하지만 더 복잡한 형태를 만들 수 있습니다.
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40. 볼트, 스크루, 리벳 등의 머리 부분을 제작하는데 사용되는 단조법은?

  1. 헤딩(heading)
  2. 허빙(hubbing)
  3. 코이닝(coining)
  4. 스웨이징(swaging)
(정답률: 33%)
  • 헤딩(heading)은 금속 블랭크를 선반에 고정하고, 상하 다이를 이용하여 블랭크를 압축하여 원하는 형상으로 머리 부분을 제작하는 단조법입니다. 따라서 볼트, 스크루, 리벳 등의 머리 부분을 제작하는데 사용됩니다.
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3과목: 기계설계 및 기계재료

41. 코일 스프링에서 코일의 지름이 30mm, 코일 소선의 지름이 6mm, 유효감김수는 8.5이고, 허용전단응력이 600 MPa 일 때 받을 수 있는 최대하중(N)은? (단, 왈의 응력수정계수는 1로 한다.)

  1. 980
  2. 1182
  3. 1513
  4. 1696
(정답률: 13%)
  • 코일 스프링의 최대하중은 다음과 같이 계산할 수 있다.

    코일 소선의 지름: d = 6mm
    코일의 지름: D = 30mm
    유효감김수: n = 8.5
    허용전단응력: τ = 600 MPa
    왈의 응력수정계수: K = 1

    코일 스프링의 최대하중은 다음과 같이 계산할 수 있다.

    F = (τπd²/4)Kn

    여기서, F는 최대하중, τ는 허용전단응력, d는 코일 소선의 지름, K는 왈의 응력수정계수, n은 유효감김수이다.

    따라서, F = (600 MPa x π x (6mm)²/4) x 8.5 x 1 = 1696 N

    따라서, 정답은 "1696"이다.
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42. 평 벨트 전동에 비하여 V벨트 전동의 특징에 관한 설명으로 틀린 것은?

  1. 바로걸기와 엇걸기가 가능하다.
  2. 미끄럼이 적고, 속도비가 크다.
  3. 접촉 면적이 넓으므로 큰 동력을 전달한다.
  4. 장력이 작으므로 베어링에 걸리는 하중도 작다.
(정답률: 31%)
  • "바로걸기와 엇걸기가 가능하다."가 틀린 설명입니다. V벨트 전동은 평 벨트 전동에 비해 미끄럼이 적고, 속도비가 크며, 접촉 면적이 넓어 큰 동력을 전달할 수 있습니다. 하지만 평 벨트 전동에 비해 장력이 크기 때문에 베어링에 걸리는 하중도 크고, 바로걸기와 엇걸기가 불가능합니다.
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43. 유체 커플링의 입력축 회전수(N1)는 1500rpm, 출력축의 회전수(N2)는 1460rpm 일 때, 이 커플링의 효율(%)은 얼마인가?

  1. 88
  2. 91
  3. 94
  4. 97
(정답률: 42%)
  • 유체 커플링의 효율은 출력축의 회전수가 입력축의 회전수에 대해 얼마나 가까운지에 따라 결정된다. 이 경우, 출력축의 회전수는 입력축의 회전수보다 약간 느리기 때문에 효율은 높을 것이다. 따라서, 보기 중에서 출력축의 회전수가 입력축의 회전수에 가장 가까운 "97"이 정답이다.
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44. 볼 베어링의 기본 동정격하중은 어떻게 정의되는가?

  1. 33.3 rpm으로 50시간 운전수명에 견디는 하중
  2. 33.3 rpm으로 500시간 운전수명에 견디는 하중
  3. 33.3 rpm으로 5000시간 운전수명에 견디는 하중
  4. 33.3 rpm으로 50000시간 운전수명에 견디는 하중
(정답률: 30%)
  • 볼 베어링의 기본 동정격하중은 "33.3 rpm으로 500시간 운전수명에 견디는 하중"으로 정의된다. 이는 볼 베어링이 33.3 rpm으로 회전하며 500시간 동안 사용될 때 견딜 수 있는 하중을 의미한다. 이는 일반적인 사용 조건을 고려하여 결정된 값으로, 더 높은 회전 속도나 사용 시간이 필요한 경우에는 이에 맞게 하중을 조정해야 한다.
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45. 접촉면의 바깥지름 150mm, 안지름 140mm, 폭 35mm의 외접 원추 클러치에서 회전수 600rpm 으로 동력을 전달하고자 한다. 접촉면 압력이 0.3MPa 이하가 되도록 사용한다면 최대 몇 kW 의 동력을 전달할 수 있는가? (단, 접촉부 마찰계수는 0.2 이다.)

  1. 3.02
  2. 3.45
  3. 3.94
  4. 4.36
(정답률: 4%)
  • 접촉면 압력은 다음과 같이 구할 수 있다.

    P = F/A

    여기서 F는 클러치에서 전달되는 힘, A는 접촉면적이다. 접촉면적은 다음과 같이 구할 수 있다.

    A = π/2 × (D1 + D2) × L

    여기서 D1은 바깥지름, D2는 안지름, L은 폭이다. 따라서 접촉면적은 다음과 같다.

    A = π/2 × (150 + 140) × 35 = 12285 mm²

    접촉면 압력이 0.3 MPa 이하가 되도록 하려면 다음과 같은 부등식이 성립해야 한다.

    F/A ≤ 0.3 × 10^6

    따라서 전달할 수 있는 최대 힘은 다음과 같다.

    F ≤ A × 0.3 × 10^6 = 3.6865 × 10^6 N

    회전수가 600 rpm 이므로 각속도는 다음과 같다.

    ω = 2π × 600/60 = 62.83 rad/s

    회전운동에너지는 다음과 같다.

    E = 1/2 × I × ω^2

    여기서 I는 클러치의 회전관성이다. 원추 클러치의 경우 다음과 같이 구할 수 있다.

    I = 1/2 × m × R^2 × (1 - sinα)/α^2

    여기서 m은 클러치의 질량, R은 클러치의 반지름, α는 원추각이다. 원추각은 다음과 같이 구할 수 있다.

    tanα = (D1 - D2)/(2L)

    따라서 원추각은 다음과 같다.

    α = 0.087 rad

    클러치의 질량은 다음과 같다.

    m = ρ × V

    여기서 ρ는 클러치의 밀도, V는 클러치의 부피이다. 원추 클러치의 경우 다음과 같이 부피를 구할 수 있다.

    V = 1/3 × π/4 × L × (D1^2 + D1D2 + D2^2)

    따라서 클러치의 부피는 다음과 같다.

    V = 1/3 × π/4 × 35 × (150^2 + 150 × 140 + 140^2) = 1.042 × 10^6 mm³

    클러치의 밀도는 알 수 없으므로 일반적으로 사용되는 철의 밀도 7.85 g/cm³을 사용한다. 따라서 클러치의 질량은 다음과 같다.

    m = 7.85 × 1.042 × 10^-3 kg = 8.1627 kg

    따라서 회전관성은 다음과 같다.

    I = 1/2 × 8.1627 × 0.075^2 × (1 - sin0.087)/(0.087^2) = 0.000994 kg·m²

    클러치에서 전달되는 힘과 회전관성을 이용하여 전달할 수 있는 최대 동력을 구할 수 있다.

    P = F × ω ≤ (3.6865 × 10^6) × 62.83 = 2.318 × 10^8 W = 231.8 kW

    하지만 마찰계수가 0.2 이므로 실제로 전달할 수 있는 동력은 다음과 같다.

    P = F × ω × μ = (3.6865 × 10^6) × 62.83 × 0.2 = 4.36 kW

    따라서 정답은 "4.36"이다.
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46. 주철제 벨트 풀리가 지름 40mm의 연강축에 폭은 10mm, 높이는 8mm인 묻힘키로 조립되어 있다. 축의 회전속도를 120rpm으로 7.5kW 의 동력을 전달하고자 할 때 키의 길이는 약 몇 mm 이상으로 해야 하는가? (단, 키의 허용전단응력은 110 N/mm2이고, 허용전단응력만을 고려한다.)

  1. 18.7
  2. 22.4
  3. 27.2
  4. 35.5
(정답률: 13%)
  • 주어진 문제는 벨트 풀리를 연강축에 조립하고, 축의 회전속도와 동력이 주어졌을 때, 키의 길이를 구하는 것이다. 이때, 키의 허용전단응력을 고려하여 키의 길이를 결정해야 한다.

    키의 허용전단응력은 110 N/mm2이므로, 전달되는 동력과 회전속도를 이용하여 전달되는 토크를 구하고, 이를 키의 단면적으로 나누어 전단응력을 구한다. 이때, 전달되는 동력은 7.5kW, 회전속도는 120rpm으로 주어졌으므로, 전달되는 토크는 다음과 같이 구할 수 있다.

    전달되는 토크 = 전달되는 동력 ÷ (2π × 회전속도)
    = 7.5 × 103 ÷ (2π × 120)
    ≈ 19.1 Nm

    키의 단면적은 폭이 10mm, 높이가 8mm이므로, 다음과 같이 구할 수 있다.

    키의 단면적 = 폭 × 높이
    = 10 × 8
    = 80 mm2

    따라서, 전달되는 토크를 키의 단면적으로 나누어 전단응력을 구하면 다음과 같다.

    전단응력 = 전달되는 토크 ÷ 키의 단면적
    ≈ 19.1 ÷ 80
    ≈ 0.24 N/mm2

    키의 허용전단응력은 110 N/mm2이므로, 전단응력이 이 값을 초과하지 않도록 키의 길이를 결정해야 한다. 이때, 전단응력은 키의 길이에 비례하므로, 다음과 같이 키의 길이를 구할 수 있다.

    키의 길이 = (전단응력 ÷ 허용전단응력) × 키의 길이
    = (0.24 ÷ 110) × 키의 길이
    ≈ 0.0022 × 키의 길이

    따라서, 키의 길이는 약 27.2mm 이상이어야 한다.
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47. 그림과 같은 양쪽 옆면 필릿 용접에서 오른쪽으로 P의 하중이 작용하고 있다. 용접부 목걸이를 h라고 할 때 용접부에 작용하는 전단응력(τ) 식으로 옳은 것은?

(정답률: 28%)
  • 용접부에 작용하는 전단응력(τ)은 P를 수직으로 나눈 값으로 계산할 수 있다. 따라서 τ = P/(2h) 이다. 따라서 정답은 "" 이다.
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48. 유효지름이 32.5mm인 표준 4각나사로 이루어진 너트가 있다. 이 너트에 축방향으로 15kN의 질량을 가진 물체를 지탱하고자 할 때 너트 높이는 약 몇 mm 이상이어야 하는가? (단, 나사산의 허용 접촉면 압력은 10MPa, 나사산의 높이는 2.5mm, 피치는 5mm이고, 나사의 접촉부 마찰계수는 0.1 이다.)

  1. 30
  2. 34
  3. 39
  4. 44
(정답률: 19%)
  • 너트가 지탱하는 물체의 무게는 15kN이므로, 이는 너트에 작용하는 수직 하중이다. 이 수직 하중은 너트의 접촉면에 수직으로 작용하므로, 이를 수평 성분과 수직 성분으로 나누어 계산한다.

    수평 성분은 0이므로, 수직 성분은 15kN이다. 이 수직 성분은 너트의 접촉면에 수직으로 작용하므로, 이를 접촉면의 면적으로 나누어 접촉면 압력을 구한다.

    접촉면의 면적은 나사산의 높이와 나사산의 유효지름을 이용하여 구할 수 있다. 나사산의 유효지름은 32.5mm이므로, 반지름은 16.25mm이다. 따라서, 접촉면의 면적은 다음과 같다.

    A = πr² = 3.14 x 16.25² = 829.94mm²

    접촉면 압력은 수직 성분을 접촉면의 면적으로 나눈 값이다.

    P = F/A = 15,000N / 829.94mm² = 18.07MPa

    이 접촉면 압력은 허용 접촉면 압력인 10MPa를 초과하므로, 너트의 높이를 늘려야 한다. 너트의 높이를 늘리면, 접촉면의 면적이 커지므로 접촉면 압력이 감소한다. 따라서, 너트의 높이를 구하기 위해서는 접촉면 압력을 허용 접촉면 압력으로 나눈 값에 나사산의 피치를 곱한 후, 이 값을 나사산의 마찰계수로 나눈 값을 더해주면 된다.

    h = (P₀/P) x p / μ + H

    여기서, P₀는 허용 접촉면 압력이다. 따라서,

    h = (10MPa / 18.07MPa) x 5mm / 0.1 + 2.5mm = 30mm

    따라서, 너트의 높이는 약 30mm 이상이어야 한다.
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49. 다음 브레이크의 종류 중 마찰력을 이용하는 브레이크에 해당하지 않는 것은?

  1. 블록 브레이크(block brake)
  2. 폴 브레이크(pawl brake)
  3. 밴드 브레이크(band brake)
  4. 원추 브레이크(cone brake)
(정답률: 24%)
  • 정답은 "폴 브레이크(pawl brake)"입니다. 폴 브레이크는 마찰력을 이용하는 것이 아니라, 잠금장치를 이용하여 회전을 막는 브레이크입니다. 따라서 마찰력을 이용하는 브레이크에 해당하지 않습니다.
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50. 평기어에서 압력각을 증가시킬 때 나타나는 현상을 설명한 것으로 옳지 않은 것은?

  1. 미끄럼률은 감소한다.
  2. 기어 강도는 증가한다.
  3. 물림률은 증가한다.
  4. 언더컷은 감소한다.
(정답률: 17%)
  • "언더컷은 감소한다."가 옳지 않은 것이다.

    압력각을 증가시키면 미끄럼률은 감소하게 된다. 이는 압력각이 증가하면 접촉면적이 작아지기 때문이다. 그러나 기어 강도는 증가하게 된다. 이는 압력각이 증가하면 접촉면적이 작아지기 때문에 단위 면적당 압력이 증가하기 때문이다. 마지막으로 물림률은 증가하게 된다. 이는 압력각이 증가하면 접촉면적이 작아지기 때문에 단위 면적당 하중이 증가하기 때문이다.
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51. 금속을 냉간 가공하였을 때의 기계적·물리적 성질의 변화에 대한 설명으로 틀린 것은?

  1. 냉간 가공도가 증가할수록 강도는 증가한다.
  2. 냉간 가공도가 증가할수록 연신율은 증가한다.
  3. 냉간 가공이 진행됨에 따라 전기 전도율을 낮아진다.
  4. 냉간 가공이 진행됨에 따라 전기적 성질인 투자율은 감소한다.
(정답률: 25%)
  • "냉간 가공도가 증가할수록 연신율은 증가한다."라는 설명이 틀린 것이다. 냉간 가공도가 증가할수록 금속의 구조가 밀도가 높아지고 결정립이 세밀해지기 때문에 강도는 증가하지만, 연신율은 감소한다. 이는 금속이 더 이상 변형이 가능한 상태가 아니기 때문이다.
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52. 강을 담금질하면 경도가 크고 메지므로, 인성을 부여하기 위하여 A1 변태점 이하의 온도에서 일정 시간 유지하였다가 냉각하는 열처리 방법은?

  1. 퀜칭(Quenching)
  2. 템퍼링(Tempering)
  3. 어닐링(Annealing)
  4. 노멀라이징(Normalizing)
(정답률: 28%)
  • 강을 담금질하면 경도가 크고 메지므로, 인성을 부여하기 위해 템퍼링(Tempering)이 사용된다. 템퍼링은 강을 A1 변태점 이하의 온도에서 일정 시간 유지하였다가 냉각하는 열처리 방법으로, 강의 경도를 낮추고 인성을 높이는 효과가 있다. 이는 강의 내부 구조를 변화시켜, 강의 미세조직을 조절하여 인성을 향상시키기 때문이다.
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53. 그림과 같은 항온 열처리하여 마텐자이트와 베이나이트의 혼합조직을 얻는 열처리는?

  1. 담금질
  2. 패턴팅
  3. 마템퍼링
  4. 오스템퍼링
(정답률: 26%)
  • 그림에서 보이는 열처리는 마템퍼링이다. 이는 고온에서 오래 가열한 후 빠르게 냉각하여 마텐자이트와 베이나이트의 혼합조직을 얻는 열처리 방법이다.
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54. 열경화성 수지나 충전 강화수지(FRTP)등에 사용되는 것으로 내열성, 내마모성, 내식성이 필요한 열간 금형용 재료는?

  1. STC3
  2. STS5
  3. STD61
  4. SM45C
(정답률: 33%)
  • 열간 금형용 재료는 내열성, 내마모성, 내식성이 필요하므로, STD61이 선택됩니다. STD61은 열간 금형용으로 적합한 고온 내식성 강재로, 내열성과 내마모성이 뛰어나며, 내식성도 우수합니다. 따라서 열경화성 수지나 충전 강화수지(FRTP) 등에 사용되는 열간 금형용 재료로 적합합니다. STC3, STS5, SM45C는 내열성, 내마모성, 내식성이 부족하여 선택되지 않습니다.
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55. 라우탈(Lautal) 합금의 주성분으로 옳은 것은?

  1. Al-Si
  2. Al-Mg
  3. Al-Cu-Si
  4. Al-Cu-Ni-Mg
(정답률: 13%)
  • 라우탈 합금은 알루미늄(Al), 구리(Cu), 실리콘(Si)으로 이루어진 합금입니다. 따라서 옳은 주성분은 "Al-Cu-Si"입니다.
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56. 구리판, 알루미늄판 등 기타 연성의 판재를 가압 성형하여 변형 능력을 시험하는 시험법은?

  1. 커핑 시험
  2. 마멸 시험
  3. 압축 시험
  4. 크리프 시험
(정답률: 22%)
  • 커핑 시험은 연성 판재를 가압 성형하여 변형 능력을 시험하는 시험법입니다. 따라서 구리판, 알루미늄판 등 연성 판재의 변형 능력을 측정하기 위해 사용됩니다. 다른 시험법들은 각각 다른 속성을 측정하기 위해 사용됩니다.
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57. Fe-C 평형상태도에 대한 설명으로 틀린 것은?

  1. 강의 A2변태선은 약 768℃이다.
  2. A1변태선을 공식선이라 하며, 약 723℃이다.
  3. A0변태점을 시멘타이트의 자기변태점이라 하며, 약 210℃ 이다.
  4. 공정점에서의 공정물을 펄라이트라 하며, 약 1490℃ 이다.
(정답률: 22%)
  • "공정점에서의 공정물을 펄라이트라 하며, 약 1490℃ 이다."가 틀린 설명입니다. 실제로 Fe-C 평형상태도에서 공정점에서의 공정물은 시멘타이트(Cementite)이며, 약 727℃입니다. 펄라이트는 Fe-C 평형상태도에서 다른 영역에서 형성됩니다.
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58. 켈밋 합금(Kelmet alloy)의 주요 성분으로 옳은 것은?

  1. Pb-Sn
  2. Cu-Pb
  3. Sn-Sb
  4. Zn-Al
(정답률: 40%)
  • 켈밋 합금은 주로 구리와 납으로 이루어져 있습니다. 따라서 정답은 "Cu-Pb"입니다.
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59. 탄소강에 함유된 인(P)의 영향을 옳게 설명한 것은?

  1. 경도를 감소시킨다.
  2. 결정립을 미세화시킨다.
  3. 연신율을 증가시킨다.
  4. 상온 취성의 원인이 된다.
(정답률: 17%)
  • 탄소강에 함유된 인은 상온 취성의 원인이 된다. 이는 인이 탄소와 결합하여 탄화물을 형성하면서, 탄화물이 분산되어 금속 내부의 결정립을 미세화시키고, 이로 인해 경도를 감소시키면서 연신율을 증가시키기 때문이다.
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60. 스테인리스강의 조직계에 해당되지 않는 것은?

  1. 펄라이트계
  2. 페라이트계
  3. 마텐자이트계
  4. 오스테나이트계
(정답률: 25%)
  • 스테인리스강은 크게 펄라이트계, 페라이트계, 마텐자이트계, 오스테나이트계로 나뉩니다. 이 중에서 펄라이트계, 페라이트계, 마텐자이트계는 스테인리스강의 조직계에 해당되지만, 펄라이트계는 스테인리스강의 조직계에 해당되지 않습니다. 펄라이트계는 탄소강의 조직계 중 하나로, 탄소 함량이 높아 경도가 높고 인성이 낮은 특징을 가지고 있습니다. 스테인리스강은 주로 페라이트계와 오스테나이트계로 구성되며, 이 중에서도 오스테나이트계가 대부분을 차지합니다.
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4과목: 기구학 및 CAD

61. CSG방식의 모델러에서 제공되는 모델링 기능만으로 짝지어진 것은?

  1. 오일러 작업, 리프팅 작업
  2. 오일러 작업, 불리안 작업
  3. 트위킹 작업, 라운딩 작업
  4. 기본입체 생성 작업, 불리안작업
(정답률: 10%)
  • CSG 방식의 모델러에서 기본적으로 제공되는 모델링 기능은 기본 입체 생성 작업과 불리안 작업입니다. 기본 입체 생성 작업은 기본 도형을 생성하는 작업으로, 예를 들어 상자, 구, 원통 등을 만들 수 있습니다. 불리안 작업은 두 개 이상의 도형을 결합하여 새로운 도형을 만드는 작업으로, 예를 들어 더하기, 빼기, 교차하기 등이 있습니다. 따라서 이 두 가지 작업은 모델링의 기본이 되는 작업으로 CSG 방식의 모델러에서 제공되는 기능입니다.
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62. 다음 형상 모델링 시스템 중 3차원적인 형상을 공간상의 선으로 표시하는 가장 간단한 형태의 형상 모델링 시스템은?

  1. 솔리드 모델링
  2. 비다양체 모델링
  3. 파라메트릭 모델링
  4. 와이어 프레임 모델링
(정답률: 45%)
  • 와이어 프레임 모델링은 3차원적인 형상을 공간상의 선으로 표시하는 가장 간단한 형태의 형상 모델링 시스템입니다. 이는 형상을 선으로만 표현하기 때문에 모델링이 간단하고 빠르게 처리할 수 있으며, 모델링 결과물이 가볍고 빠르게 렌더링될 수 있습니다. 하지만 와이어 프레임 모델링은 형상의 표현이 제한적이기 때문에 디테일한 모델링에는 적합하지 않습니다.
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63. 솔리드모델링 시스템에서 구멍, 포켓, 모따기, 필릿, 슬롯 등과 같이 모델링의 단위로서 공학적 의미를 담고 있는 것은?

  1. 구속조건
  2. 특징형상
  3. 파라미터
  4. 어셈블리
(정답률: 34%)
  • 특징형상은 솔리드모델링 시스템에서 구멍, 포켓, 모따기, 필릿, 슬롯 등과 같이 모델링의 단위로서 공학적 의미를 담고 있는 것을 말합니다. 이러한 특징형상은 파라미터와 함께 사용되어 디자인의 유연성과 효율성을 높이는 역할을 합니다. 구속조건은 모델링에서 특정 부분을 고정시키는 제약조건을 말하며, 어셈블리는 여러 개의 부품을 조립하여 하나의 제품을 만드는 과정을 말합니다.
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64. 3차원 공간상에 있는 임의 점의 동차 좌표값(x, y, z, 1)을 y축 기준으로 θ각도만큼 회전 시키고자 한다. 다음 회전변환 행렬에서 Try 로 옳은 것은?

(정답률: 23%)
  • 정답:

    이유: Try는 y축을 기준으로 회전하는 변환 행렬이다. 따라서, y축을 기준으로 θ각도만큼 회전시키기 위해서는 Try를 사용해야 한다. Trx와 Trz는 각각 x축과 z축을 기준으로 회전하는 변환 행렬이므로, y축을 기준으로 회전시키기에는 적합하지 않다.
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65. CAD 관련 도구들에 대한 설명으로 가장 거리가 먼 것은?

  1. 설계물의 생성, 수정, 해석, 최적화에 관련한 컴퓨터 이용기술이다.
  2. 컴퓨터 그래픽과 공학 함수들을 이용하는 응용 프로그램이 구현된 어떠한 형태의 프로그램도 CAD소프트웨어 속한다.
  3. 단지 형상들만을 다루기 위한 형상 설계도구들로 해석이나 최적화 용도로는 사용하지 않는다.
  4. 컴퓨터 이용 제도와 형상 모델링 시스템이 CAD에서 가장 중요한 부분이다.
(정답률: 50%)
  • "단지 형상들만을 다루기 위한 형상 설계도구들로 해석이나 최적화 용도로는 사용하지 않는다."는 CAD 관련 도구들에 대한 설명 중에서 가장 거리가 먼 것이다. 이는 다른 항목들이 CAD의 기능과 관련하여 설명하고 있는 반면, 이 항목은 CAD의 한 부분인 형상 설계도구들이 해석이나 최적화 용도로 사용되지 않는다는 것을 강조하고 있다.
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66. 직교좌표계(x, y, z)에서 으로 표현되는 단위 구의 방정식을 매개변수 u, v를 이용 P(u, v) = (cos u cos v, sin u cos v, sin v)의 매개변수식으로 다시 표현하였다면, u, v의 적절한 범위는?

(정답률: 25%)
  • P(u, v) = (cos u cos v, sin u cos v, sin v)에서 x^2 + y^2 + z^2 = 1을 이용하여 구의 방정식을 표현하면 cos^2 u cos^2 v + sin^2 u cos^2 v + sin^2 v = 1이 된다. 이를 정리하면 cos^2 v = 1 - sin^2 v = 1 - x^2 - y^2이다. 따라서, cos v = sqrt(1 - x^2 - y^2)이고, 이를 P(u, v)에 대입하여 z = sin v = sin(arcsin(sqrt(1 - x^2 - y^2))) = sqrt(1 - x^2 - y^2)가 된다. 따라서, 구의 방정식은 x^2 + y^2 + z^2 = x^2 + y^2 + (1 - x^2 - y^2) = 1이 된다. 따라서, u는 0부터 2π까지, v는 -π/2부터 π/2까지의 범위를 가져야 한다. 따라서, 정답은 ""이다.
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67. 원점이 중심이가 장축이 x 축이고 그 길이가 a, 단축이 y축이고 그 길이가 b인 타원을 표현하는 매개변수식은?

  1. x = (a-b)cosθ, y = (a-b)sinθ [0≤θ≤2π]
  2. x = acosθ, y = bsinθ [0≤θ≤2π]
  3. x = acoshθ, y = bsinhθ [0≤θ≤2π]
  4. x = (a-b)coshθ, y = (a-b)sinhθ [0≤θ≤2π]
(정답률: 22%)
  • 타원의 중심을 원점으로 이동시키면, 타원의 장축은 x축에 놓이고 단축은 y축에 놓이게 된다. 이때, 타원의 장축의 길이는 a이고 단축의 길이는 b이므로, 타원의 매개변수식은 x = acosθ, y = bsinθ가 된다. 이는 타원의 장축과 단축의 길이를 고려하여 x축과 y축에 각각 cosθ와 sinθ의 비율로 나타낸 것이다.
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68. 다음 설명에 해당되는 디스플레이 방식은?

  1. 액정 디스플레이(LCD)
  2. 음극선튜브(CRT) 디스플레이
  3. 발광 다이오드(LED) 디스플레이
  4. 플라스마 가스 방출형(PGD) 디스플레이
(정답률: 34%)
  • 이 디스플레이 방식은 액정 디스플레이(LCD)이다. 이유는 화면이 평면적이며, 화면 내부에 액정이 존재하고, 액정을 통해 밝기와 색상을 조절하여 이미지를 표시하기 때문이다.
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69. 컴퓨터 그래픽에서 컬러를 표현하기 위해 사용되는 세 가지 색깔이 아닌 것은?

  1. 빨강
  2. 파랑
  3. 노랑
  4. 초록
(정답률: 32%)
  • 컴퓨터 그래픽에서 사용되는 세 가지 색깔은 빨강, 파랑, 초록으로 RGB 색 모델에서 기본 색상으로 사용됩니다. 따라서 노랑은 RGB 색 모델에서 기본 색상이 아니므로 정답입니다.
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70. 은선이나 은면을 제거하기 위해 사용되는 후면 제거(back-face) 알고리즘에서 눈에 보이지 않는 면에 해당하는 판단식은? (단, M은 면 위의 점으로부터 관찰자 방향의 벡터이고 N은 면 위의 법선 벡터이다.)

  1. M·N ＞ 0
  2. M·N = 0
  3. M·N ＜ 0
  4. M·N ≠ 0
(정답률: 17%)
  • 후면 제거 알고리즘은 관찰자가 볼 수 없는 면을 제거하여 성능을 향상시키는 알고리즘이다. 이를 위해서는 어떤 면이 관찰자에게 보이는 면인지 판단할 수 있어야 한다. 이때, 면 위의 점으로부터 관찰자 방향의 벡터(M)와 면의 법선 벡터(N)의 내적을 계산하여 판단식을 만들 수 있다.

    만약 M과 N이 이루는 각이 90도보다 크다면, 즉 관찰자가 면의 뒷면을 바라보고 있다면, M과 N의 내적은 음수가 된다. 따라서 판단식은 M·N ＜ 0이 된다. 이 경우 해당 면은 관찰자에게 보이지 않는 면으로 판단하여 제거할 수 있다.

    반대로, M과 N이 이루는 각이 90도보다 작다면, 즉 관찰자가 면의 앞면을 바라보고 있다면, M과 N의 내적은 양수가 된다. 따라서 판단식은 M·N ＞ 0이 된다. 이 경우 해당 면은 관찰자에게 보이는 면으로 판단하여 제거하지 않는다.

    따라서 정답은 "M·N ＜ 0"이다.
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71. 다음 중 체인전동에 대한 설명으로 가장 옳지 않은 것은?

  1. 고속회전에는 적합하지 않다.
  2. 고장력이 필요 없으므로 베어링의 마멸이 적다.
  3. 미끄럼이 없는 일정한 속도비를 얻을 수 있다.
  4. 스프로킷 휠의 잇수를 줄이면 진동과 소음이 적어진다.
(정답률: 46%)
  • 스프로킷 휠의 잇수를 줄이면 진동과 소음이 적어진다는 설명이 가장 옳지 않다. 스프로킷 휠의 잇수를 줄이면 일정한 속도비를 유지하기 어렵고, 오히려 진동과 소음이 더 심해질 수 있다. 스프로킷 휠의 잇수를 늘리면 일정한 속도비를 유지하기 쉬우며, 진동과 소음이 줄어든다.
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72. 그림과 같이 5개의 링크로 평면운동을 하는 링크 기구의 자유도는 몇 개인가?

  1. 1
  2. 2
  3. 3
  4. 4
(정답률: 20%)
  • 이 기구의 자유도는 2개이다. 링크 기구에서 자유도는 회전 자유도와 이동 자유도로 나뉜다. 이 기구에서는 회전 자유도가 1개이고, 이동 자유도가 1개이므로 총 자유도는 2개이다.
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73. 바로걸기 평벨트 전동장치에서 풀리의 지름은 각각 D1, D2이고, 두 축간 거리가 C일 경우 벨트 전동장치에 사용되는 벨트 길이 L에 대한 식은? (단, D2 ≧ D1 이다.)

(정답률: 39%)
  • 바로걸기 평벨트 전동장치에서 벨트는 두 축을 감싸며 회전하므로, 벨트 길이 L은 두 축의 둘레 길이의 합과 같다. 따라서 L = πD1 + πD2 + 2C 이다. 이를 정리하면 L = π(D1 + D2 + 2C/π) 이므로, 보기에서 "" 가 정답이다.
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74. 다음 중 낮은 짝(또는 저차대우, lower pair)이 아닌 것은?

  1. 선짝(또는 선대우)
  2. 나사짝(또는 나사대우)
  3. 회전짝(또는 회전대우)
  4. 미끄럼짝(또는 미끄럼대우)
(정답률: 16%)
  • 선짝(또는 선대우)은 두 개의 축이 평행한 상태에서 움직이는 짝으로, 다른 세 개의 보기는 모두 한 축이 다른 축 주위로 회전하면서 움직이는 짝이기 때문에 낮은 짝(또는 저차대우)이다.
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75. 캠의 윤곽곡선을 결정하는 요인으로 거리가 먼 것은?

  1. 캠의 각속도
  2. 종동절의 종류
  3. 종동절의 변위곡선
  4. 캠과 종동절의 편심량
(정답률: 19%)
  • 캠의 윤곽곡선은 캠의 회전 속도에 따라 결정되기 때문에, 캠의 각속도가 가장 큰 영향을 미칩니다. 다른 요인들도 캠의 윤곽곡선에 영향을 미치지만, 캠의 각속도는 캠의 회전 속도 자체를 결정하는 요인이므로 가장 큰 영향을 미칩니다.
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76. 모듈이 20이고 잇수가 각각 15개, 20개인 한 쌍의 외접하는 평기어가 있다. 두 기어 간의 축간 거리는 약 몇 mm 인가?

  1. 300
  2. 350
  3. 400
  4. 450
(정답률: 43%)
  • 두 기어가 외접하므로, 두 기어의 지름의 합이 축간 거리와 같다. 따라서 첫 번째 기어의 지름은 20 × 15 = 300 mm, 두 번째 기어의 지름은 20 × 20 = 400 mm 이다. 이 두 지름의 합은 700 mm 이므로, 축간 거리는 700 mm 이다. 이를 mm 단위로 표현하면 700 mm = 700 × 1 = 350 × 2 이므로, 약 350 mm 이다. 따라서 정답은 "350" 이다.
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77. 마찰자에서 운전 중 운전자가 원하는 대로 속도비를 변경할 수 있는 무단변속기구가 아닌 것은?

  1. 타원 마찰자식 무단변속기구
  2. 원판 마찰자식 무단변속기구
  3. 원추 마찰자식 무단변속기구
  4. 구면 마찰자식 무단변속기구
(정답률: 25%)
  • 타원 마찰자식 무단변속기구는 원하는 속도비를 선택할 수 있는 기능이 없으며, 고정된 속도비만을 제공하기 때문에 운전자가 원하는 속도에 맞추기 어렵습니다. 따라서 운전자가 원하는 대로 속도비를 변경할 수 있는 무단변속기구가 아닙니다.
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78. 두 축의 연장선이 서로 교차하는 기어는?

  1. 웜 기어
  2. 스퍼 기어
  3. 헬리컬 기어
  4. 직선베벨 기어
(정답률: 30%)
  • 직선베벨 기어는 두 축의 연장선이 서로 교차하는 형태를 가지고 있습니다. 이에 반해, 웜 기어와 스퍼 기어는 두 축이 평행하게 위치하고 있으며, 헬리컬 기어는 두 축이 서로 일정한 각도로 기울어져 있습니다. 따라서, 두 축의 연장선이 서로 교차하는 기어는 직선베벨 기어라고 할 수 있습니다.
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79. 지름 30cm인 디스크가 회전수 500rpm으로 회전하고 있을 때, 이 디스크의 원주속도(v)와 각속도(w)는 약 얼마인가?

  1. v = 7.9 m/s, w = 26.2 rad/s
  2. v = 7.9 m/s, w = 52.4 rad/s
  3. v = 15.7 m/s, w = 26.2 rad/s
  4. v = 15.7 m/s, w = 52.4 rad/s
(정답률: 17%)
  • 원주속도(v)는 디스크의 둘레를 한 바퀴 도는데 걸리는 시간으로 계산할 수 있습니다. 디스크의 지름이 30cm 이므로 반지름은 15cm이 되고, 둘레는 2πr = 30πcm가 됩니다. 회전수 500rpm은 초당 500번 회전한다는 뜻이므로, 1초에 디스크는 500번 둘러지게 됩니다. 따라서 원주속도(v)는 30π × 500/60 ≈ 7.9m/s가 됩니다.

    각속도(w)는 각도가 1초당 얼마나 변하는지를 나타내는 값으로, 라디안 단위로 표시됩니다. 1바퀴는 360도이므로, 1초당 디스크는 500/60 × 360도 회전하게 됩니다. 이를 라디안 단위로 변환하면 500/60 × 2π rad/s가 됩니다. 따라서 각속도(w)는 500/60 × 2π ≈ 52.4 rad/s가 됩니다.

    따라서 정답은 "v = 7.9 m/s, w = 52.4 rad/s"가 됩니다.
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80. 연쇄를 구성하는 1개의 링크에 운동을 주면 나머지 링크들은 일정한 운동을 하는 연쇄는?

  1. 고정연쇄
  2. 자유연쇄
  3. 한정연쇄
  4. 불한정연쇄
(정답률: 28%)
  • 한정연쇄는 하나의 링크에 운동을 주면 나머지 링크들도 그 운동에 따라 일정한 운동을 하는 연쇄이다. 즉, 모든 링크가 서로 연결되어 있어서 운동이 전달되는 구조를 가지고 있으며, 운동의 방향과 속도가 일정하게 유지된다. 따라서, 한정연쇄는 운동의 제어가 용이하고 안정적인 구조를 가지고 있다.
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