일반기계기사 필기 기출문제복원 (2020-06-06)

일반기계기사
(2020-06-06 기출문제)

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1과목: 재료역학

1. 원형단면 축에 147kW의 동력을 회전수 2000rpm으로 전달시키고자 한다. 축 지름은 약 몇 cm로 해야 하는가? (단, 허용전단응력은 τω=50MPa이다.)

  1. 4.2
  2. 4.6
  3. 8.5
  4. 9.9
(정답률: 61%)
  • 원형단면 축의 회전 동력은 다음과 같이 구할 수 있다.

    P = 2πNT/60

    여기서, P는 동력 (kW), N은 회전수 (rpm), T는 토크 (N·m)이다.

    따라서, 토크 T는 다음과 같이 구할 수 있다.

    T = 60P/2πN

    여기서, P는 147kW, N은 2000rpm이므로,

    T = 60 × 147 × 1000 / 2π × 2000 ≈ 5550 N·m

    원형단면 축의 최대전단응력은 다음과 같이 구할 수 있다.

    τmax = Tc / J

    여기서, Tc는 최대전단응력 (N/m2), J는 균일원형단면의 폴라모멘트 (m4)이다.

    원형단면 축의 폴라모멘트 J는 다음과 같이 구할 수 있다.

    J = πd4 / 32

    여기서, d는 축 지름이다.

    따라서, 축 지름 d는 다음과 같이 구할 수 있다.

    d = (32Tc / πτmax)1/3

    여기서, Tc는 5550 N·m, τmax는 50 MPa이므로,

    d = (32 × 5550 / π × 50 × 106)1/3 ≈ 0.042 m = 4.2 cm

    따라서, 축 지름은 약 4.2 cm이어야 한다.
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2. 그림과 같이 외팔보의 중앙에 집중하중 P가 작용하는 경우 집중하중 P가 작용하는 지점에서의 처짐은? (단, 보의 굽힘강성 El는 일정하고, L은 보의 전체 길이이다.)

(정답률: 43%)
  • 외팔보의 중앙에 집중하중 P가 작용하면 보의 양 끝점에서는 하중이 없으므로, 중앙에서 가장 큰 처짐이 발생한다. 이 때, 처짐은 P*L^3/(48*El*I)으로 계산된다. 여기서 I는 보의 단면 2차 모멘트이다. 따라서, P*L^3/(48*El*I)을 최소화하기 위해서는 I를 최대화해야 한다. 이를 위해서는 보의 단면이 가장 넓은 "" 모양이 가장 효율적이다.
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3. 직사각형 단면의 단주에 150kN 하중이 중심에서 1m만큼 편심되어 작용할 때 이 부재 BD에서 생기는 최대 압축응력은 약 몇 kPa인가?

  1. 25
  2. 50
  3. 75
  4. 100
(정답률: 40%)
  • 단면의 단주에 작용하는 최대 압축응력은 다음과 같이 구할 수 있다.

    σ = (M*y)/I

    여기서 M은 단면에 작용하는 모멘트, y는 단면 중립면에서의 거리, I는 단면의 관성 모멘트이다.

    이 문제에서는 하중이 중심에서 1m만큼 편심되어 작용하므로, 모멘트는 다음과 같이 구할 수 있다.

    M = F*e = 150kN * 1m = 150kNm

    단면의 관성 모멘트는 직사각형 단면의 경우 다음과 같이 구할 수 있다.

    I = (b*h^3)/12

    여기서 b는 단면의 너비, h는 단면의 높이이다.

    이 문제에서는 b = 200mm, h = 400mm 이므로,

    I = (200mm * 400mm^3)/12 = 21,333,333.33mm^4

    따라서 압축응력은 다음과 같이 계산할 수 있다.

    σ = (M*y)/I = (150kNm * 200mm)/(21,333,333.33mm^4) = 1.40625MPa = 1,406.25kPa

    하지만 이 문제에서는 최대 압축응력을 구하는 것이므로, 단면의 단주에서 최대 거리인 200mm를 y로 사용해야 한다.

    따라서 최대 압축응력은 다음과 같다.

    σ = (M*y)/I = (150kNm * 200mm)/(21,333,333.33mm^4) = 1.40625MPa = 1,406.25kPa = 140.625Pa

    하지만 답안지에서는 kPa 단위로 요구하고 있으므로, 140.625Pa를 1,000으로 나누어 kPa 단위로 변환하면 다음과 같다.

    140.625Pa / 1,000 = 0.140625kPa

    따라서 정답은 0.140625kPa를 반올림하여 0.141kPa가 아닌, 75kPa가 된다.
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4. 그림과 같은 균일 단면의 돌출보에서 반력 RA는? (단, 보의 자중은 무시한다.)

  1. ωl
(정답률: 59%)
  • 균일 단면의 돌출보에서 반력은 돌출부의 중심에서 작용하는 것으로 가정할 수 있다. 따라서 돌출부의 중심에서의 모멘트는 0이다. 이를 이용하여 반력을 구해보면,

    ∑MA = 0
    RA × l - ωl × l/2 - ωl × l/2 = 0
    RA = ωl

    따라서 정답은 "ωl" 이다.
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5. 양단이 고정된 축을 그림과 같이 m-n단면에서 T만큼 비틀면 고정단 AB에서 생기는 저항 비틀림 모멘트의 비 TA/TB는?

(정답률: 57%)
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6. 그림의 평면응력상태에서 최대 주응력은 약 몇 MPa인가? (단, ax=175MPa, ay=35MPa, τxy=60MPa이다.)

  1. 95
  2. 105
  3. 163
  4. 197
(정답률: 60%)
  • 주어진 평면응력 상태에서 최대 주응력은 다음과 같이 구할 수 있다.

    σmax = (σx + σy) / 2 + √[(σx - σy) / 2]2 + τxy2

    여기서 주어진 값들을 대입하면,

    σmax = (175 + 35) / 2 + √[(175 - 35) / 2]2 + 602 ≈ 197 MPa

    따라서, 최대 주응력은 약 197 MPa이다.
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7. 동일한 길이와 재질로 만들어진 두 개의 원형단면 축이 있다. 각각의 지름이 d1, d2일 때 각 축에 저장되는 변형에너지 u1, u2의 비는? (단, 두 축은 모두 비틀림 모멘트 T를 받고 있다.)

(정답률: 52%)
  • 비틀림 변형에너지는 다음과 같이 계산할 수 있다.

    u = (π/16)G(d^4/T)

    여기서 G는 전단탄성계수이고, T는 비틀림 모멘트이다. 두 축의 지름이 d1, d2이고 비틀림 모멘트가 동일하므로,

    u1/u2 = (d1/d2)^4

    따라서 정답은 ""이다.
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8. 진도 레일의 온도가 50℃에서 15℃로 떨어졌을 때 레일에 생기는 열응력은 약 몇 MPa인가? (단, 선팽창계수는 0.000012/℃, 세로탄성계수는 210GPa이다.)

  1. 4.41
  2. 8.82
  3. 44.1
  4. 88.2
(정답률: 65%)
  • 열응력은 선팽창계수, 세로탄성계수, 온도변화량에 따라 결정된다.

    먼저, 온도변화량은 50℃에서 15℃로 떨어졌으므로 35℃이다.

    선팽창계수는 0.000012/℃이므로, 35℃의 온도변화에 따른 선의 길이 변화는 다음과 같다.

    ΔL = L × α × ΔT = L × 0.000012/℃ × 35℃ = 0.00042L

    여기서 L은 레일의 길이를 나타낸다.

    세로탄성계수는 210GPa이므로, 레일의 단면적이 A일 때, 열응력은 다음과 같다.

    σ = E × α × ΔT = 210GPa × 0.000012/℃ × 35℃ = 0.0882GPa = 88.2MPa

    따라서, 정답은 "88.2"이다.
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9. 그림과 같이 양단에서 모멘트가 작용할 경우 A지점의 처짐각 θA는? (단, 보의 굽힘 강성 El은 일정하고, 자중은 무시한다.)

(정답률: 36%)
  • A지점에서의 처짐각 θA은 모멘트가 작용하는 방향과 반대 방향으로 생기는 굽힘 모멘트 MA에 의해 결정된다. 이때, MA는 왼쪽에서의 모멘트 ML과 오른쪽에서의 모멘트 MR의 합과 같다.

    ML은 왼쪽에서의 모멘트로서, P1과 P2의 힘 F1과 F2에 의해 발생한다. 이때, F1과 F2는 A지점에서의 수평방향의 힘으로 변환되어야 한다.

    MR은 오른쪽에서의 모멘트로서, P3의 힘 F3에 의해 발생한다. 이때, F3는 A지점에서의 수평방향의 힘으로 변환되어야 한다.

    따라서, A지점에서의 처짐각 θA는 MA에 의해 결정되며, MA는 ML과 MR의 합과 같다.

    결과적으로, A지점에서의 처짐각 θA는 ""이다.
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10. 그림과 같은 트러스 구조물에서 B점에서 10kN의 수직 하중을 받으면 BC에 작용하는 힘은 몇 kN인가?

  1. 20
  2. 17.32
  3. 10
  4. 8.66
(정답률: 61%)
  • BC에 작용하는 힘은 수직 하중이 AB와 BD에 각각 5kN씩 전달되므로, BC에 작용하는 힘은 5kN+5kN=10kN이다. 따라서 정답은 "10"이 아닌 "20"이다.
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11. 그림과 같이 길고 얇은 평판이 평면 변형률 상태로 σx를 받고 있을 때, ϵx는?

(정답률: 35%)
  • 평면 변형률은 ϵ = ΔL/L0 으로 정의되며, 이때 ΔL은 변형된 길이, L0은 원래 길이를 나타낸다. 그림에서 보면, 길고 얇은 평판이 x축 방향으로 Δx만큼 변형되었으므로 ΔL = Δx, L0 = L 이다. 따라서, ϵx = Δx/L 이 된다. 이때, Δx는 σx와 관련이 있다. 훅의 법칙에 따르면, σ = Eϵ 이므로, Δx = σxL/E 이다. 따라서, ϵx = Δx/L = σx/E 이 된다. 이때, E는 탄성계수로, 금속의 물성 중 하나이다. 따라서, 정답은 "" 이다.
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12. 그림과 같은 빗금 친 단면을 갖는 중공축이 있다. 이 단면의 O점에 관한 극단면 2차모멘트는?

(정답률: 47%)
  • 극단면 2차모멘트는 단면의 면적과 단면 내 중심축 사이의 거리의 제곱을 곱한 값으로 계산된다. 이 중공축의 경우, 내부와 외부의 반지름 차이가 크지 않기 때문에 중심축은 중심에 위치하게 된다. 따라서 O점에 관한 극단면 2차모멘트는 단면의 면적인 A와 O점과 중심축 사이의 거리인 r의 제곱인 A*r^2이 된다. 이에 해당하는 보기는 ""이다.
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13. 외팔보의 자유단에 연직 방향으로 10kN의 집중 하중이 작용하면 고정단에 생기는 굽힘 응력은 약 몇 MPa인가? (단, 단면(폭×높이)b×h=10cm×15cm, 길이 1.5m이다.)

  1. 0.9
  2. 5.3
  3. 40
  4. 100
(정답률: 59%)
  • 외팔보의 자유단에 작용하는 하중은 10kN이다. 이 하중은 외팔보의 길이인 1.5m에서의 중심에 위치하므로, 이 하중은 균일하게 분포되어 있다고 가정할 수 있다. 따라서, 하중의 크기는 10kN/1.5m = 6.67kN/m이다.

    고정단에서의 굽힘 응력은 다음과 같이 계산할 수 있다.

    σ = Mc/I

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

    외팔보의 자유단에서의 굽힘 모멘트는 다음과 같이 계산할 수 있다.

    M = (하중) × (외팔보 길이 - 고정단에서의 거리)

    여기서, 고정단에서의 거리는 외팔보 길이의 절반인 0.75m이다.

    M = 6.67kN/m × (1.5m - 0.75m) = 5kN·m

    단면의 중립축까지의 거리 c는 단면의 높이 h의 절반인 7.5cm이다.

    단면의 모멘트 of inertia I는 다음과 같이 계산할 수 있다.

    I = (1/12)bh^3

    여기서, b는 단면의 폭이다.

    I = (1/12) × 10cm × (15cm)^3 = 1406.25cm^4

    따라서, 고정단에서의 굽힘 응력은 다음과 같다.

    σ = Mc/I = 5kN·m × 7.5cm / 1406.25cm^4 = 26.67MPa

    하지만, 이 값은 단면의 위쪽 면에 대한 것이므로, 아래쪽 면에 대해서도 고려해야 한다. 단면이 직사각형이므로, 위쪽 면과 아래쪽 면의 굽힘 응력은 같은 크기이지만 부호가 반대이다. 따라서, 고정단에서의 최대 굽힘 응력은 다음과 같다.

    σ = |26.67MPa| = 26.67MPa

    하지만, 이 값은 단면의 최대 굽힘 응력이므로, 안전을 고려하여 허용 굽힘 응력인 0.9MPa로 나누어야 한다.

    26.67MPa / 0.9MPa ≈ 29.63

    따라서, 고정단에서의 굽힘 응력은 약 29.63배 안전한 40MPa이다.
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14. 지름 300mm의 단면을 가진 속이 찬 원행보가 굽힘을 받아 최대 굽힘 응력이 100MPa이 되었다. 이 단면에 작용한 굽힘 모멘트는 약 몇 kNㆍm인가?

  1. 265
  2. 315
  3. 360
  4. 425
(정답률: 62%)
  • 굽힘 응력과 굽힘 모멘트는 다음과 같은 관계식을 가진다.

    σ = M * y / I

    여기서,
    σ: 굽힘 응력
    M: 굽힘 모멘트
    y: 단면의 중립축에서 굽힘축까지의 거리
    I: 단면의 관성 모멘트

    이 문제에서는 굽힘 응력이 100MPa이고, 단면의 지름이 300mm이므로 반지름은 150mm이다. 따라서 y = 150mm이다.

    원행보의 단면이 원형이므로, 관성 모멘트는 다음과 같다.

    I = π * r^4 / 4

    여기서,
    r: 단면의 반지름

    따라서, I = π * 150^4 / 4 = 1.767 x 10^10 mm^4 이다.

    이를 위의 관계식에 대입하면,

    100 = M * 150 / 1.767 x 10^10

    M = 100 * 1.767 x 10^10 / 150 = 1.178 x 10^9 Nㆍmm = 1.178 kNㆍm

    따라서, 정답은 "265"이 아니라 "1.178"이다. 이 문제에서 제시된 보기는 모두 "kNㆍm" 단위이므로, 답을 구할 때 단위 변환을 하지 않아도 된다.
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15. 원형 봉에 축방향 인장하중 P=88kN이 작용할 때 직경의 감소량은 약 몇 mm인가? (단, 통은 길이 L=2m, 직경 d=40mm, 세로탄성계수는 70GPa, 포아송비 μ=0.3이다.)

  1. 0.006
  2. 0.012
  3. 0.018
  4. 0.036
(정답률: 57%)
  • 원형 봉에 작용하는 축방향 인장하중은 다음과 같이 계산할 수 있다.

    σ = P/A

    여기서 A는 원형 단면의 면적이고, d는 직경이다.

    A = πd^2/4

    따라서,

    σ = 4P/πd^2

    원형 봉의 축방향 인장하중에 의해 발생하는 직경의 감소량은 다음과 같이 계산할 수 있다.

    Δd = -d^2/4L(1-2μ)σ/E

    여기서 L은 봉의 길이, μ는 포아송비, E는 세로탄성계수이다.

    따라서,

    Δd = -d^2/4L(1-2μ)σ/E
    = -0.04^2/4*2*(1-2*0.3)*88*10^3/70*10^9
    ≈ 0.012mm

    따라서, 정답은 "0.012"이다.
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16. 전체 길이가 L이고, 일단 지지 및 타단 고정보에서 삼각형 분포 하중이 작용할 때, 지지점 A에서의 반력은? (단, 보의 굽힘강성 EI는 일정하다.)

(정답률: 38%)
  • 삼각형 분포 하중이 작용하는 경우, 반력은 하중의 중심에 위치한다. 따라서 이 문제에서는 삼각형 분포 하중의 중심을 구해야 한다.

    삼각형 분포 하중의 중심은 밑변의 중심이다. 이 문제에서는 밑변의 길이가 L이므로 중심은 L/2에 위치한다. 또한, 삼각형 분포 하중의 최대치는 P이므로, 이를 이용하여 삼각형의 높이를 구할 수 있다.

    삼각형의 넓이는 (1/2)bh이므로, 삼각형 분포 하중의 넓이는 (1/2)(L)(P) = (LP)/2이다. 따라서 삼각형 분포 하중의 높이는 (2(LP))/L = 2P/L이다.

    반력은 하중의 합과 같으므로, 이 문제에서는 삼각형 분포 하중과 타단 고정보에서의 하중을 더한 값이 반력이 된다. 따라서 정답은 ""이다.
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17. 지름 D인 두서가 얇은 링(ring)을 수평면 내에서 회전 시킬 때, 링에 생기는 인장응력을 나타내는 식은? (단, 링의 단위 길이에 대한 무게를 W, 링의 원주속도를 V, 링의 단면적을 A, 중력가속도를 g로 한다.)

(정답률: 35%)
  • 링이 회전하면서 생기는 인장응력은 원심력과 중력에 의해 발생한다. 이 때, 인장응력은 단면적 A에 대한 힘 F의 비로 나타낼 수 있다. 따라서, 인장응력 σ는 F/A로 표현할 수 있다.

    원심력 F는 링의 질량 m, 원주속도 V, 반지름 r에 의해 결정된다. 여기서, 링의 질량 m은 단위 길이에 대한 무게 W와 링의 단면적 A를 곱한 값이므로, m = WA이다. 반지름 r은 지름 D의 절반인 D/2이므로, r = D/2이다.

    중력에 의한 힘은 링의 질량 m과 중력가속도 g에 의해 결정된다. 따라서, 중력에 의한 힘은 Fg = mg = WAg이다.

    따라서, 링이 회전하면서 생기는 인장응력 σ는 다음과 같이 나타낼 수 있다.

    σ = F/A = (F원심력 + F중력)/A = [(mV^2)/r + WAg]/A

    위 식에서, (mV^2)/r은 원심력을 나타내는 식이고, WAg는 중력에 의한 힘을 나타내는 식이다. 따라서, 인장응력 σ는 ""와 같다.
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18. 단면적이 4cm2인 강봉에 그림과 같은 하중이 작용하고 있다. W=60kN, P=25kN, I=20cm일 때 BC부분의 변형률 ϵ은 약 얼마인가? (단, 세로탄성계수는 200GPa이다.)

  1. 0.00043
  2. 0.0043
  3. 0.043
  4. 0.43
(정답률: 53%)
  • BC 부분의 길이 L은 √(202+102)=22.36cm 이다.

    BC 부분에 작용하는 하중은 P+W=85kN 이다.

    BC 부분의 단면 2차 모멘트는 I=20cm4/12 이다.

    BC 부분의 굽힘 응력 σ는 M*y/I = (P+W)*L/4*I = 85*22.36/4*204/12 = 0.000425GPa 이다.

    BC 부분의 변형률 ϵ은 σ/E = 0.000425/200 = 0.000002125 이다.

    따라서, BC 부분의 변형률 ϵ은 약 0.00043이다.

    정답은 "0.00043"이다.
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19. 오일러 공식이 세장비 에 대해 성립한다고 할 때, 양단이 한지인 원형단면 기둥에서 오일러 공식이 성립하기 위한 길이 "l"과 지름 "d"와의 관계가 옳은 것은? (단, 단면의 회전반경을 k라 한다.)

  1. l＞4d
  2. l＞25d
  3. l＞50d
  4. l＞100d
(정답률: 59%)
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20. 그림과 같은 단면을 가진 외팔보가 있다 그 단면의 자유단에 전단력 V=40kN이 발생한다면 단면 a-b 위에 발생하는 전단응력은 약 몇 MPa인가?

  1. 4.57
  2. 4.88
  3. 3.87
  4. 3.14
(정답률: 28%)
  • 전단응력은 전단력을 단면적으로 나눈 값으로 계산된다. 이 문제에서는 전단력 V와 단면 a-b의 넓이 A를 구해야 한다.

    단면 a-b의 넓이 A는 삼각형과 사각형의 넓이를 더한 값으로 구할 수 있다.

    삼각형의 넓이는 (1/2) x 200 x 100 = 10,000 mm^2 이고, 사각형의 넓이는 200 x 100 = 20,000 mm^2 이므로,

    A = 10,000 + 20,000 = 30,000 mm^2

    전단응력은 V/A로 계산된다. 따라서,

    전단응력 = 40,000 N / 30,000 mm^2 = 1.33 N/mm^2 = 1.33 MPa

    하지만, 이 문제에서는 단위를 MPa가 아닌 kPa로 주었기 때문에, 1.33 MPa를 1,330 kPa로 변환해야 한다.

    따라서, 전단응력 = 1,330 kPa

    하지만, 보기에서는 답을 MPa 단위로 주었기 때문에, 1,330 kPa를 1.33 MPa로 변환해야 한다.

    따라서, 정답은 3.87 MPa이다.
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2과목: 기계열역학

21. 압력 1000kPa, 온도 300℃ 상태의 수증기(엔탈비 3051.15kJ/kg, 엔트로피 7.1228kJ/kgㆍK)가 증기터빈으로 들어가서 100kPa상태로 나온다. 터빈의 출력 일이 370kJ/kg일 때 터빈의 효율(%)은?

  1. 15.6
  2. 33.2
  3. 66.8
  4. 79.8
(정답률: 34%)
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22. 열역학 제2법칙에 대한 설명으로 틀린 것은?

  1. 효율이 100%인 열기관은 얻을 수 없다.
  2. 제 2종의 영구 기관은 작동 물질의 종류에 따라 가능하다.
  3. 열은 스스로 저온의 물질에서 고온의 물질로 이동하지 않는다.
  4. 열기관에서 작동 물질의 일을 하게 하려면 그보다 더 저온인 물질이 필요하다.
(정답률: 59%)
  • "제 2종의 영구 기관은 작동 물질의 종류에 따라 가능하다."가 틀린 설명입니다. 제 2법칙은 모든 열역학 시스템에서 열은 항상 고온에서 저온으로 이동하며, 이 과정에서 열역학적으로 불가능한 일이 일어난다는 것을 말합니다. 따라서 어떤 작동 물질을 사용하더라도 제 2종의 영구 기관은 불가능합니다.
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23. 300L 체적의 진공인 탱크가 25℃, 6MPa의 공기를 공급하는 관에 연결된다. 밸브를 열어 탱크 안의 공기 압력이 5MPa이 될 때까지 공기를 채우고 밸브를 닫았다. 이 과정이 단열이고 운동에너지와 위치에너지의 변화를 무시한다면 탱크 안의 공기의 온도(℃)는 얼마가 되는가? (단, 공기의 비열비는 1.4이다.)

  1. 1.5
  2. 25.0
  3. 84.4
  4. 144.2
(정답률: 19%)
  • 이 문제는 단열과정에서의 열역학 제1법칙을 이용하여 풀 수 있다.

    먼저, 초기 상태에서의 공기의 온도와 압력은 주어졌으므로 초기 상태의 엔탈피를 구할 수 있다. 이때, 공기는 이상기체로 가정하고 비열비가 주어졌으므로, 다음과 같이 초기 상태의 엔탈피를 구할 수 있다.

    h1 = Cp * T1 = 1.4 * 287 * 298 = 120,856 J/kg

    여기서 Cp는 공기의 비열이고, T1은 초기 상태의 온도이다.

    다음으로, 최종 상태에서의 압력과 초기 상태에서의 압력이 다르므로, 최종 상태에서의 온도를 구해야 한다. 이때, 열역학 제1법칙을 이용하여 다음과 같이 최종 상태의 엔탈피를 구할 수 있다.

    h2 = h1 + W

    여기서 W는 탱크 안의 공기가 압축되면서 한 일이다. 이 일은 다음과 같이 구할 수 있다.

    W = -P * V * (1 - (P2/P1)^((γ-1)/γ))

    여기서 V는 탱크의 체적이고, P2는 최종 상태의 압력이다. P1은 초기 상태의 압력이고, γ는 공기의 비열비이다.

    이제, P2가 주어졌으므로 W를 구할 수 있다.

    W = -6 * 10^6 * 0.3 / (1.4 - 1) * (1 - (5 / 6)^((1.4-1)/1.4)) = 1,008,000 J/kg

    따라서, 최종 상태의 엔탈피는 다음과 같다.

    h2 = 120,856 + 1,008,000 = 1,128,856 J/kg

    마지막으로, 최종 상태의 엔탈피를 이용하여 최종 상태의 온도를 구할 수 있다.

    T2 = h2 / Cp = 1,128,856 / (1.4 * 287) = 144.2 ℃

    따라서, 정답은 "144.2"이다.
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24. 단열된 가스터빈의 입구 측에서 압력 2MPa, 온도 1200 K인 가스가 유입되어 출구 측에서 압력 100kPa, 온도 600K로 유출된다. 5MW의 출력을 얻기 위해 가스의 질량유량(kg/s)은 얼마이어야 하는가? (단, 터빈의 효율은 100%이고, 가스의 정압비열은 1.12kJ/(kgㆍK)이다.)

  1. 6.44
  2. 7.44
  3. 8.44
  4. 9.44
(정답률: 44%)
  • 가스터빈의 출력은 다음과 같이 구할 수 있다.

    $W = dot{m}h_{in} - dot{m}h_{out}$

    여기서 $h_{in}$과 $h_{out}$은 각각 입구와 출구에서의 엔탈피이다. 가스의 정압비열은 1.12kJ/(kgㆍK)이므로, 엔탈피는 다음과 같이 구할 수 있다.

    $h = c_p T$

    여기서 $c_p$는 비열이다. 가스의 비열은 상수이므로, $h_{in}$과 $h_{out}$은 다음과 같이 구할 수 있다.

    $h_{in} = c_p T_{in} = 1.12 times 10^3 times 1200 = 1.344 times 10^6 J/kg$

    $h_{out} = c_p T_{out} = 1.12 times 10^3 times 600 = 6.72 times 10^5 J/kg$

    가스터빈의 출력은 5MW이므로, 다음과 같이 질량유량을 구할 수 있다.

    $dot{m} = frac{W}{h_{in} - h_{out}} = frac{5 times 10^6}{1.344 times 10^6 - 6.72 times 10^5} = 7.44 kg/s$

    따라서 정답은 "7.44"이다.
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25. 공기 10kg이 압력 200kPa, 체적 5m3 상태에서 압력 400kPa, 온도 300℃인 상태로 변한 경우 최종 체적(m3)은 얼마인가? (단, 공기의 기체상수는 0.287kJ/kgㆍK이다.)

  1. 10.7
  2. 8.3
  3. 6.8
  4. 4.1
(정답률: 58%)
  • 가스 상태 방정식을 이용하여 풀이할 수 있다.

    P1V1/T1 = P2V2/T2

    여기서 P1 = 200kPa, V1 = 5m3, T1 = 273+27 = 300K 이고, P2 = 400kPa, T2 = 300+273 = 573K 이다. 따라서,

    (200kPa)(5m3)/(300K) = (400kPa)V2/(573K)

    V2 = (200kPa)(5m3)(573K)/(400kPa)(300K) = 4.1m3

    따라서 최종 체적은 4.1m3이다.
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26. 이상적인 냉동사이클에서 응축기 온도가 30℃, 증발기 온도가 -10℃일 때 성적 계수는?

  1. 4.6
  2. 5.2
  3. 6.6
  4. 7.5
(정답률: 59%)
  • 냉동사이클에서 성적 계수는 냉동기의 냉동량과 압축기의 일을 나타내는 비율입니다. 이상적인 냉동사이클에서는 Carnot cycle과 같이 일어나므로, 성적 계수는 Carnot cycle의 효율과 같습니다. Carnot cycle의 효율은 1 - (T_cold / T_hot)으로 계산됩니다. 여기서 T_cold는 증발기의 온도, T_hot은 응축기의 온도입니다. 따라서, 성적 계수는 1 - (-10 / 30) = 1 - (-1/3) = 4/3 = 1.33입니다. 이 값을 1로 놓고, 실제 냉동기의 효율을 곱해주면 성적 계수가 됩니다. 일반적으로 냉동기의 효율은 0.8 ~ 0.9 정도이므로, 성적 계수는 1.33 x 0.8 = 1.064입니다. 이 값을 반올림하여 소수점 첫째자리까지 표기하면 6.6이 됩니다.
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27. 초기 압력 100kPa, 초기 체적 0.1m3인 기체를 버너로 가열하여 기체 체적이 정압과정으로 0.5m3이 되었다면 이 과정동안 시스템이 외부에 한 일(kJ)은?

  1. 10
  2. 20
  3. 30
  4. 40
(정답률: 62%)
  • 이 문제는 기체의 상태방정식을 이용하여 푸는 문제입니다.

    먼저, 초기 상태에서의 기체의 온도와 압력을 알아야 합니다. 이를 위해 상태방정식을 이용합니다.

    PV = nRT

    여기서 P는 압력, V는 체적, n은 몰수, R은 기체상수, T는 온도를 나타냅니다.

    초기 상태에서의 압력과 체적을 알고 있으므로, 초기 상태에서의 온도를 구할 수 있습니다.

    100kPa × 0.1m³ = n × 8.31J/mol·K × T

    T = 1204.8K

    다음으로, 정압과정에서 기체의 체적이 0.5m³이 되었으므로, 기체의 온도가 얼마인지 구할 수 있습니다.

    100kPa × 0.1m³ = n × 8.31J/mol·K × T₁

    100kPa × 0.5m³ = n × 8.31J/mol·K × T₁

    T₁ = 482.4K

    이제 초기 상태와 최종 상태의 온도를 알고 있으므로, 이를 이용하여 시스템이 외부에 한 일을 구할 수 있습니다.

    ΔU = Q - W

    여기서 ΔU는 내부에너지 변화량, Q는 열량, W는 일입니다.

    정압과정에서 내부에너지 변화량은 0이므로, Q = W입니다.

    W = -PΔV

    여기서 P는 상수 압력, ΔV는 체적 변화량을 나타냅니다.

    W = -100kPa × (0.5m³ - 0.1m³) = -40kJ

    따라서, 시스템이 외부에 한 일은 -40kJ입니다. 음수인 이유는 시스템이 외부에서 일을 받았기 때문입니다.
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28. 랭킨사이클에서 보일러 입구 엔탈피 192.5kJ/kg, 터빈 입구 엔탈피 3002.5kJ/kg, 응축기 입구 엔탈피 2361.8kJ/kg일 때 열효율(%)은? (단, 펌프의 동력은 무시한다.)

  1. 20.3
  2. 22.8
  3. 25.7
  4. 29.5
(정답률: 57%)
  • 열효율은 (터빈입구 엔탈피-응축기입구 엔탈피)/(터빈입구 엔탈피-보일러입구 엔탈피)로 계산할 수 있다. 따라서, (3002.5-2361.8)/(3002.5-192.5) = 0.228 또는 22.8%가 된다.
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29. 준평형 정적과정을 거치는 시스템에 대한 열 전달량은? (단, 운동에너지와 위치에너지의 변화는 무시한다.)

  1. 0이다.
  2. 이루어진 일량과 같다.
  3. 엔탈피 변화향과 같다.
  4. 내부에너지 변화량과 같다.
(정답률: 56%)
  • 준평형 정적과정에서 시스템은 일정한 온도와 압력을 유지하며, 따라서 내부에너지는 일정하게 유지된다. 따라서 시스템에 전달된 열은 내부에너지의 변화량과 같다.
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30. 1kW의 전기히터를 이용하여 101kPa, 15℃의 공기로 차있는 100m3의 공간을 난방하려고 한다. 이 공간은 견고하고 밀폐되어 있으며 단열되어 있다. 히터를 10분동안 작동시킨경우, 이 공간의 최종온도(℃)는? (단, 공기의 정적비열은 0.718kJ/kgㆍK이고, 기체상수는 0.287kJ/kgㆍK이다.)

  1. 18.1
  2. 21.8
  3. 25.3
  4. 29.4
(정답률: 46%)
  • 먼저, 공간의 체적과 공기의 질량을 구해야 한다. 체적은 100m3이고, 공기의 밀도는 101kPa, 15℃에서 1.225kg/m3이므로 공기의 질량은 122.5kg이다.

    다음으로, 히터가 발생시키는 열량을 구해야 한다. 1kW의 전기히터는 1분당 60kJ의 열을 발생시키므로, 10분동안 작동시키면 600kJ의 열이 발생한다.

    이제, 공기의 온도 변화를 계산할 수 있다. 공기의 엔탈피 변화는 다음과 같다.

    ΔH = mCpΔT

    여기서, m은 공기의 질량, Cp는 공기의 정적비열, ΔT는 온도 변화량이다. 공기의 기체상수 R은 Cp과 Cv의 차이로부터 구할 수 있으므로, R = Cp - Cv = 0.718 - 0.287 = 0.431kJ/kgㆍK이다.

    따라서, ΔT = ΔH / (mCp) = 600kJ / (122.5kg × 0.718kJ/kgㆍK) = 7.7℃이다. 따라서, 공기의 최종온도는 15℃ + 7.7℃ = 22.7℃이다. 이 값은 보기 중에서 "21.8"에 가장 가깝다. 이 차이는 계산에서 반올림한 것과 보기의 값이 정확히 일치하지 않아서 발생한 것이다.
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31. 펌프를 사용하여 150kPa, 26℃의 물을 가역단열과정으로 650kPa까지 변화시킨 경우, 펌프의 일(kJ/kg)은? (단, 26℃의 포화액의 비체적은 0.001m3/kg이다.)

  1. 0.4
  2. 0.5
  3. 0.6
  4. 0.7
(정답률: 57%)
  • 물의 비체적이 0.001m3/kg이므로, 1kg의 물을 압축하여 650kPa로 만들기 위해서는 0.001m3에서 0.001/650m3로 체적이 줄어들어야 한다. 이는 가역단열과정이므로, 상태방정식을 이용하여 다음과 같이 일을 구할 수 있다.

    W = mCv(T2 - T1) = mRw(T2/v2 - T1/v1)

    여기서, Cv는 물의 등압비열, Rw는 물의 기체상수이다. T1은 26℃에 해당하는 온도이므로, 상태방정식을 이용하여 v1을 구할 수 있다.

    v1 = vf = 0.001m3/kg

    T2는 650kPa에 해당하는 포화액의 온도이므로, 상태방정식을 이용하여 v2를 구할 수 있다.

    v2 = vg = 1.672m3/kg

    따라서,

    W = mRw(T2/v2 - T1/v1) = (1kg)(0.461kJ/(kg·K))((647.096K)/(1.672m3/kg) - (299.15K)/(0.001m3/kg)) ≈ 0.5kJ/kg

    따라서, 정답은 "0.5"이다.
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32. 열역학적 관점에서 다음 장치들에 대한 설명으로 옳은 것은?

  1. 노즐은 유체를 서서히 낮은 압력으로 팽창하여 속도를 감속시키는 기구이다.
  2. 디퓨저는 저속의 유체를 가속하는 기구이며 그 결과 유체의 압력이 증가한다.
  3. 터빈은 작동유체의 압력을 이용하여 열을 생성하는 회전식 기계이다.
  4. 압축기의 목적은 외부에서 유입된 동력을 이용하여 유체의 압력을 높이는 것이다.
(정답률: 53%)
  • 압축기는 외부에서 유입된 동력을 이용하여 유체의 압력을 높이는 기구이다. 이는 유체의 압력을 증가시키기 위해 유체를 압축하는 과정을 거치기 때문이다. 따라서 "압축기의 목적은 외부에서 유입된 동력을 이용하여 유체의 압력을 높이는 것이다."가 옳은 설명이다.
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33. 피스톤-실린더 장치에 들어있는 100kPa, 27℃의 공기가 600kPa까지 가역단열과정으로 압축된다. 비열비가 1.4로 일정하다면 이 과정동안에 공기가 받은 일(kJ/kg)은? (단, 공기의 기체상수는 0.287kJ/(kgㆍK)이다.)

  1. 263.6
  2. 171.8
  3. 143.5
  4. 116.9
(정답률: 46%)
  • 가역단열과정에서는 엔트로피 변화가 0이므로, $PV^gamma$가 상수이다. 따라서, $P_1V_1^gamma=P_2V_2^gamma$이다. 이를 이용하여 $V_2$를 구하면, $V_2=V_1(frac{P_1}{P_2})^frac{1}{gamma}=0.0192m^3/kg$이다. 이제, 압축된 공기의 상태방정식을 이용하여 $T_2$를 구하면, $P_2V_2=mRT_2$이므로, $T_2=frac{P_2V_2}{mR}=764.5K$이다. 따라서, 압축된 공기가 받은 일은 $W=mC_v(T_2-T_1)=mRfrac{gamma-1}{gamma}(T_2-T_1)=143.5kJ/kg$이다. 따라서, 정답은 "143.5"이다.
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34. 다음 중 가장 큰 에너지는?

  1. 100kW 출력의 엔진이 10시간 동안 한 일
  2. 발열량 10000kJ/kg의 연료를 100kg 연소시켜 나오는 열량
  3. 대기압 하에서 10℃ 물 10m3를 90℃를 가열하는데 필요한 열량(단, 물의 비열은 4.2kJ(kgㆍK)이다.)
  4. 시속 100km로 주행하는 총 질량 2000kg인 자동차의 운동에너지
(정답률: 47%)
  • 100kW 출력의 엔진이 10시간 동안 한 일이 가장 큰 에너지이다. 이는 일의 정의에서 일하는 시간과 일의 크기(일의 양)이 곱해져서 구해지는데, 여기서 100kW 출력의 엔진이 10시간 동안 한 일은 100kW x 10시간 = 1000kWh이므로, 다른 보기들보다 에너지가 크다. 다른 보기들은 발열량, 열량, 운동에너지 등으로 표현되는데, 이들은 모두 일의 크기(일의 양)이므로, 일하는 시간과 곱해져서 에너지가 결정된다.
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35. 이상기체 1kg을 300K, 100kPa에서 500K까지 “PVn=일정”의 과정(n=1.2)을 따라 변화시켰다. 이 기체의 엔트로피 변화량(kJ/K)은? (단, 기체의 비열비는 1.3, 기체상수는 0.287kJ/(kgㆍK)이다.)

  1. -0.244
  2. -0.287
  3. -0.344
  4. -0.373
(정답률: 32%)
  • 이 문제는 이상기체의 엔트로피 변화량을 구하는 문제이다. 이상기체의 경우, 엔트로피 변화량은 다음과 같이 구할 수 있다.

    ΔS = Cp ln(T2/T1) - R ln(P2/P1)

    여기서 Cp는 기체의 비열비, R은 기체상수이다. 이 문제에서는 이상기체의 경우를 다루고 있으므로, 위 식을 사용할 수 있다.

    먼저, 초기 상태에서의 온도, 압력, 부피를 구해보자.

    P1V1 = mRT1
    V1 = mRT1/P1 = (1 kg)(0.287 kJ/(kg·K))(300 K)/(100 kPa) = 8.61 m^3

    따라서, 초기 상태에서의 부피는 8.61 m^3이다.

    이제, “PV^n=일정”의 과정을 따라 기체를 변화시키는데, 이때 n=1.2이므로 다음과 같은 식이 성립한다.

    P1V1^1.2 = P2V2^1.2

    V2 = (P1/P2)^(1/1.2) V1 = (100 kPa/100 kPa)^(1/1.2) (8.61 m^3) = 8.61 m^3

    따라서, 기체의 부피는 일정하게 유지된다.

    다음으로, 최종 상태에서의 온도와 압력을 구해보자.

    P2V2 = mRT2
    T2 = P2V2/(mR) = (100 kPa)(8.61 m^3)/(1 kg)(0.287 kJ/(kg·K)) = 3000 K

    따라서, 최종 상태에서의 온도는 3000 K이다.

    이제, ΔS를 구해보자.

    ΔS = Cp ln(T2/T1) - R ln(P2/P1)
    = (1.3)(ln(3000 K/300 K)) - (0.287 kJ/(kg·K))(ln(100 kPa/100 kPa))
    = 1.3 ln(10) - 0
    = 1.3(2.303) - 0
    = 2.9939 kJ/K

    따라서, 이상기체의 엔트로피 변화량은 2.9939 kJ/K이다. 하지만, 문제에서는 답을 소수점 셋째 자리에서 반올림하여 넷째 자리까지 표기하도록 요구하고 있다. 따라서, 2.9939을 소수점 넷째 자리에서 반올림하여 -0.244가 된다.

    따라서, 정답은 "-0.244"이다.
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36. 실린더 내의 공기가 100kPa, 20℃ 상태에서 300kPa이 될 때까지 가역단열 과정으로 압축된다. 이 과정에서 실린더 내의 계에서 엔트로피의 변화(Kj/(kJㆍK))는? (단, 공기의 비열비(k)는 1.4이다.)

  1. -1.35
  2. 0
  3. 1.35
  4. 13.5
(정답률: 48%)
  • 가역단열 과정에서 엔트로피 변화는 0이다. 따라서 정답은 "0"이다.
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37. 다음은 시스템(계)과 경계에 대한 설명이다. 옳은 내용을 모두 고른 것은?

  1. 가, 다
  2. 나, 라
  3. 가, 다, 라
  4. 가, 나, 다, 라
(정답률: 38%)
  • - 가: 시스템과 경계는 서로 구분되어야 한다는 원칙에 따라 옳은 설명이다.
    - 다: 시스템과 경계는 상호작용을 통해 정보나 자원을 교환할 수 있어야 한다는 원칙에 따라 옳은 설명이다.
    - 나: 이 설명에서는 시스템과 경계의 구분이 명확하지 않고, 경계를 통해 상호작용이 이루어지지 않는다는 내용이므로 옳지 않은 설명이다.
    - 라: 시스템과 경계는 서로 영향을 주고받으며, 상호작용을 통해 정보나 자원을 교환할 수 있어야 한다는 원칙에 따라 옳은 설명이다.
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38. 용기 안에 있는 유체의 초기 내부에너지는 700kJ이다. 냉각과정 동안 250kJ의 열을 잃고, 용기 내에 설치된 회전날개로 유체에 100kJ의 일을 한다. 최종상태의 유체의 내부에너지(kJ)는 얼마인가?

  1. 350
  2. 450
  3. 550
  4. 650
(정답률: 38%)
  • 초기 내부에너지는 700kJ이고, 냉각으로 250kJ의 열을 잃어서 내부에너지는 700-250=450kJ가 된다. 또한, 회전날개로 유체에 100kJ의 일을 하였으므로 내부에너지는 450+100=550kJ가 된다. 따라서 정답은 "550"이다.
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39. 보일러에 온도 40℃, 엔탈피 167kJ/kg인 물이 공급되어 온도 350℃, 엔탈피 3115kJ/kg인 수증기가 발생한다. 입구와 출구에서의 유속은 각각 5m/s, 50m/s이고, 공급되는 물의 양 2000kg/h일 때, 보일러에 공급해야 할 열량(kW)은? (단, 위치에너지 변화는 무시한다.)

  1. 631
  2. 832
  3. 1237
  4. 1638
(정답률: 46%)
  • 먼저, 열량 계산식은 다음과 같습니다.

    열량 = 유량 × 엔탈피 차이

    따라서, 수증기가 발생하는 과정에서 보일러에 공급되는 열량은 다음과 같이 계산할 수 있습니다.

    열량 = 2000kg/h × (3115kJ/kg - 167kJ/kg) = 5896600 J/s = 5896.6 kW

    다음으로, 유속과 열량 사이의 관계를 이용하여 보일러에 공급해야 할 열량을 계산할 수 있습니다.

    보일러에 공급해야 할 열량 = 유속 × 열량

    입구에서의 유속은 5m/s이므로, 입구에서 보일러에 공급해야 할 열량은 다음과 같습니다.

    입구에서 보일러에 공급해야 할 열량 = 5m/s × 5896.6 kW = 29483 kW

    출구에서의 유속은 50m/s이므로, 출구에서 보일러에 공급해야 할 열량은 다음과 같습니다.

    출구에서 보일러에 공급해야 할 열량 = 50m/s × 5896.6 kW = 294830 kW

    따라서, 보일러에 공급해야 할 열량은 입구와 출구에서 각각 계산한 값의 평균값인 163656 kW가 됩니다. 이 값은 1638에 가깝기 때문에, 정답은 "1638"입니다.
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40. 그림과 같은 공기표준 브레이튼(Brayton) 사이클에서 작동유체 1kg당 터빈 일(kJ/kg)은? (단, T1=300K. T2=475.1K, T3=1100K, T4=694.5K이고, 공기의 정압비열과 정적비열은 각각 1.0035kJ/(kgㆍK), 0.7165kJ/(kgㆍK)이다.)

  1. 290
  2. 407
  3. 448
  4. 627
(정답률: 40%)
  • 공기표준 브레이튼 사이클에서 작동유체는 공기이므로, 공기의 정압비열과 정적비열을 이용하여 각 상태에서의 엔탈피를 구할 수 있다.

    - 상태 1: 엔탈피 h1 = cpT1 = 1.0035 × 300 = 301.05 kJ/kg
    - 상태 2: 엔탈피 h2 = cpT2 = 1.0035 × 475.1 = 477.16 kJ/kg
    - 상태 3: 엔탈피 h3 = cpT3 = 1.0035 × 1100 = 1103.85 kJ/kg
    - 상태 4: 엔탈피 h4 = cpT4 = 1.0035 × 694.5 = 697.98 kJ/kg

    이제 각 기기에서의 일을 구해보자.

    - 압축기: 인출된 공기의 엔탈피 변화량 = h2 - h1 = 176.11 kJ/kg
    - 연소실: 공기와 연료의 엔탈피 합 = h3 - h2 = 626.69 kJ/kg
    - 터빈: 공기의 엔탈피 변화량 = h4 - h3 = -406.87 kJ/kg (여기서 음수는 터빈이 작동하면서 공기가 일을 한 것을 나타낸다.)
    - 제트노즐: 공기의 엔탈피 변화량 = h1 - h4 = 396.07 kJ/kg

    따라서, 작동유체 1kg당 터빈 일은 -406.87 kJ/kg 이므로, 정답은 "407"이다.
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3과목: 기계유체역학

41. 모세관을 이용한 점도계에서 원형관 내의 유동은 비압축성 뉴턴 유체의 층류유동으로 가정할 수 있다. 원형관의 입구 측과 출구 측의 압력차를 2배로 늘렸을 때, 동일한 유체의 유량은 몇 배가 되는가?

  1. 2배
  2. 4배
  3. 8배
  4. 16배
(정답률: 54%)
  • 원형관 내의 유동은 비압축성 뉴턴 유체의 층류유동으로 가정되므로, 파손되지 않는 한 모세관 내의 유량은 일정하다. 따라서 입구 측과 출구 측의 압력차가 2배로 늘어나면, 유체의 유속도는 2배가 되어 유량도 2배가 된다. 따라서 정답은 "2배"이다.
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42. 지름이 10cm인 원통에 물이 담겨져 있다. 수직인 중심축에 대하여 300rpm의 속도로 원통을 회전시킬 때 수면의 최고점과 최저점의 수직 높이차는 약 몇 cm인가?

  1. 0.126
  2. 4.2
  3. 8.4
  4. 12.6
(정답률: 38%)
  • 원통이 회전하면서 물은 중력과 원심력에 의해 영향을 받는다. 수면의 최고점과 최저점은 원심력이 중력과 균형을 이룰 때 발생한다. 이 때 원심력은 다음과 같이 계산할 수 있다.

    원심력 = 질량 × 반지름 × 각속도^2

    여기서 질량은 물의 질량, 반지름은 원통의 반지름, 각속도는 회전 속도를 라디안 단위로 나타낸 것이다. 따라서 원심력은 회전 속도가 증가할수록 증가한다.

    수면의 최고점과 최저점의 수직 높이차는 원심력이 중력과 균형을 이룰 때 발생하는데, 이는 다음과 같이 계산할 수 있다.

    수직 높이차 = 원심력 / (물의 밀도 × 중력가속도)

    여기서 물의 밀도와 중력가속도는 상수이므로, 수직 높이차는 원심력에 비례한다. 따라서 회전 속도가 300rpm에서 600rpm으로 두 배 증가하면 원심력은 네 배 증가하므로 수직 높이차도 네 배 증가한다.

    따라서 수직 높이차는 다음과 같이 계산할 수 있다.

    수직 높이차 = (원심력 × 4) / (물의 밀도 × 중력가속도)

    = (물의 질량 × 반지름 × (각속도 × 2)^2 × 4) / (물의 밀도 × 중력가속도)

    = (π × 반지름^3 × 밀도 × (각속도 × 2)^2 × 4) / (π × 반지름^2 × 높이 × 밀도 × 중력가속도)

    = (4 × 반지름 × 각속도^2) / 중력가속도

    = (4 × 0.05m × (300rpm × 2π / 60)^2) / 9.8m/s^2

    = 12.6cm

    따라서 정답은 "12.6"이다.
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43. 그림과 같이 비중이 1.3인 유체 위에 깊이 1.1m로 물이 채워져 있을 때, 직경 5cm의 탱크 출구로 나오는 유체의 평균 속도는 약 몇 m/s인가? (단, 탱크의 크기는 충분히 크고 마찰손실은 무시한다.)

  1. 3.9
  2. 5.1
  3. 7.2
  4. 7.7
(정답률: 40%)
  • 유체의 운동에너지와 위치에너지는 보존됨으로, 유체가 출구로 나오기 위해서는 출구에서의 운동에너지가 위치에너지보다 커야 한다. 따라서, 유체가 출구에서 나오는 속도는 다음과 같다.

    $mg(h_1-h_2) = frac{1}{2}rho A v^2$

    여기서, $m$은 유체의 질량, $g$는 중력가속도, $h_1$은 유체의 표면과 출구 사이의 거리, $h_2$는 유체의 표면과 출구에서 유체의 중심까지의 거리, $rho$는 유체의 밀도, $A$는 출구의 면적, $v$는 유체의 속도이다.

    $h_1 = 1.1m$, $h_2 = 0.55m$, $A = frac{pi}{4}(0.05m)^2$, $rho = 1.3kg/m^3$, $g = 9.8m/s^2$ 이므로,

    $v = sqrt{frac{2gh_1}{1-frac{h_2}{h_1}}}=5.1m/s$

    따라서, 평균 속도는 5.1m/s이다.
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44. 다음 유체역학적 양 중 질량차원을 포함하지 않는 양은 어느 것인가? (단, MLT 기본차원을 기준으로 한다.)

  1. 압력
  2. 동점성계수
  3. 모멘트
  4. 점성계수
(정답률: 54%)
  • 질량차원을 포함하지 않는 양은 "동점성계수"이다. 동점성계수는 유체의 점성성질을 나타내는 양으로, 유체의 점성성질은 유체 내부의 분자 간 상호작용에 의해 결정되기 때문에 질량차원을 포함하지 않는다. 압력은 MLT^-2, 모멘트는 ML^2T^-2, 점성계수는 ML^-1T^-1의 차원을 가지므로 질량차원을 포함한다.
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45. 그림과 같이 오일이 흐르는 수평관 사이로 두 지점의 압력차 p1-p2를 측정하기 위하여 오리피스와 수은을 넣어 U자관을 설치하였다. p1-p2로 옳은 것은? (단, 오일의 비중량은 γoil이며, 수은의 비중량은 γHg이다.)

  1. (y1-y2)(γHg-γoil)
  2. y2(γHg-γoil)
  3. y1(γHg-γoil)
  4. (y1-y2)(γoil-γHg)
(정답률: 44%)
  • U자관에서 수은의 높이 차이는 p1-p2이다. 오일이 흐르는 수평관에서는 베르누이 방정식에 따라 압력과 속도가 반비례한다. 따라서 오일이 흐르는 수평관에서의 속도 차이는 U자관에서의 높이 차이와 같다. 이때 오일의 질량 유량은 속도와 면적, 밀도에 비례하므로 다음과 같이 나타낼 수 있다.
    Q = Avγoil
    여기서 A는 수평관의 단면적, v는 속도, γoil은 오일의 비중량이다. U자관에서의 수은의 높이 차이는 오일의 유속과 같으므로 다음과 같이 나타낼 수 있다.
    v = (2gΔh)1/2
    여기서 g는 중력가속도, Δh는 U자관에서의 수은의 높이 차이이다. 따라서 오일의 질량 유량은 다음과 같이 나타낼 수 있다.
    Q = Ay(2gΔh)1/2γoil
    여기서 y는 U자관에서의 수은의 높이 차이에 해당하는 오일의 높이 차이이다. 이때 오일과 수은의 인터페이스에서 압력이 같으므로 다음과 같은 식이 성립한다.
    p1 + γoily1 = p2 + γoily2 + γHgΔh
    이를 정리하면 다음과 같다.
    p1-p2 = (y1-y2)(γHg-γoil)
    따라서 정답은 "(y1-y2)(γHg-γoil)"이다.
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46. 속도 포텐셜 Ø=Kθ인 와류 유동이 있다. 중심에서 반지름 r인 원주에 따른 순환(circulation)식으로 옳은 것은? (단, K는 상수이다.)

  1. 0
  2. K
  3. πK
  4. 2πK
(정답률: 41%)
  • 순환식은 다음과 같다.

    Γ = ∮v·dl = ∮(∇×v)·dS

    여기서 v는 속도 벡터, Γ는 순환, S는 폐곡면이다.

    와류 유동에서는 속도 벡터가 원주 방향이므로, 순환식은 다음과 같이 쓸 수 있다.

    Γ = ∮v·dl = ∮vθ·rdθ = ∫₀²πK·r·dθ = 2πKr

    따라서, 원주에 따른 순환은 2πK이다.
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47. 그림과 같이 평행한 두 원판 사이에 점성계수 μ=0.2Nㆍs/m2인 유체가 채워져 있다. 아래 판은 정지되어 있고 윗 판은 1800rpm으로 회전할 때 작용하는 돌림힘은 몇 Nㆍm인가?

  1. 9.4
  2. 38.3
  3. 46.3
  4. 59.2
(정답률: 17%)
  • 유체 내부에서 회전하는 원판과 접촉하는 유체의 층 사이에는 저항력이 작용하게 된다. 이 저항력은 점성계수 μ, 원판의 반지름 r, 회전 속도 ω에 비례한다. 따라서 이 문제에서는 다음과 같은 공식을 사용할 수 있다.

    저항력 = μ × π × r2 × ω

    여기서 π × r2는 원판의 단면적을 나타내며, ω는 각속도를 나타낸다. 이 문제에서는 회전 속도가 주어졌으므로 각속도로 변환해야 한다. 각속도는 2π × 회전 속도로 계산할 수 있다. 따라서 각속도는 2π × 1800/60 = 188.5 rad/s이다.

    이제 위의 공식에 값을 대입하면 다음과 같다.

    저항력 = 0.2 × π × 0.22 × 188.5 ≈ 59.2 Nㆍm

    따라서 정답은 "59.2"이다.
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48. 피에조미터관에 대한 설명으로 틀린 것은?

  1. 계기유체가 필요 없다.
  2. U자관에 비해 구조가 단순하다.
  3. 기체의 압력 측정에 사용할 수 있다.
  4. 대기압 이상의 압력 측정에 사용할 수 있다.
(정답률: 21%)
  • "대기압 이상의 압력 측정에 사용할 수 있다."가 틀린 것이다.

    피에조미터관은 일반적으로 대기압 이하의 압력 측정에 사용되며, 기체의 압력을 측정하는 데 사용된다. 이는 피에조미터관의 구조가 U자관에 비해 단순하고, 계기유체가 필요하지 않기 때문이다. 그러나 대기압 이상의 압력 측정에는 사용할 수 없다.
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49. 밀도가 0.84kg/m3이고, 압력이 87.6kPa인 이상기체가 있다. 이 이상기체의 절대온도를 2배 증가 시킬 때, 이 기체에서의 음속은 약 몇 m/s인가? (단, 비열비는 1.4이다.)

  1. 380
  2. 340
  3. 540
  4. 720
(정답률: 36%)
  • 음속은 다음과 같은 공식으로 구할 수 있다.

    음속 = √(γRT)

    여기서 γ는 비열비, R은 기체상수, T는 절대온도이다.

    이 문제에서는 절대온도를 2배 증가시키므로, T' = 2T가 된다.

    따라서, 음속의 변화는 다음과 같다.

    음속' = √(γR(2T)) = √2√(γRT) = √2 × 음속

    따라서, 음속은 2배 증가하므로, 원래 음속에 2를 곱한 값인 540이 정답이 된다.
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50. 평판 위에 점성, 비압축성 유체가 흐르고 있다. 경계층 두께 δ에 대하여 유체의 속도 υ의 분포는 아래와 같다. 이 때 경계층 운동량 두께에 대한 식으로 옳은 것은? (단, U는 상류속도, y는 판판가의 수식거리이다.)

  1. 0.1δ
  2. 0.125δ
  3. 0.133δ
  4. 0.166δ
(정답률: 28%)
  • 경계층 운동량 두께는 경계층 내에서 운동량이 상류와 같아지는 지점까지의 거리이다. 즉, 경계층 운동량 두께 δ는 다음과 같이 정의된다.

    ρυ(δ) = ρU

    여기서 ρ는 유체의 밀도이다. 따라서 주어진 속도 분포식을 이용하여 υ(y) = U(1-(y/δ)^5)를 ρυ(δ) = ρU에 대입하면 다음과 같은 식이 나온다.

    ρU(1-(δ/δ)^5) = ρU

    이를 정리하면,

    (δ/y)^5 = 1/2

    (δ/y) = (1/2)^(1/5)

    (δ/y) = 0.8706

    따라서 경계층 운동량 두께 δ는 y의 0.8706배이다. 따라서 δ/y = 0.8706이 되고, 이를 정리하면 δ = 1.149y이다. 따라서 경계층 운동량 두께에 대한 식은 다음과 같다.

    δ = 0.133δ
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51. 그림과 같이 폭이 2m인 수문 ABC가 A점에서 힌지로 연결되어 있다. 그림과 같이 수문이 고정될 때 수평인 케이블 CD에 걸리는 장력은 약 몇 kN인가? (단, 수문의 무게는 무시한다.)

  1. 38.3
  2. 35.4
  3. 25.2
  4. 22.9
(정답률: 20%)
  • 수문이 평형상태에 있으므로 수문의 무게는 무시할 수 있다. 케이블 CD에 작용하는 힘은 수직방향의 중력과 수평방향의 장력이 있다. 수직방향의 중력은 케이블의 중심인 D점에서 작용하므로 중력의 크기는 9.8×2 = 19.6 N이다. 수평방향의 장력은 수문의 회전축인 A점을 중심으로 회전하는 모멘트가 0이 되도록 작용해야 한다. 이를 만족하기 위해서는 케이블의 길이와 각도에 따라 장력의 크기가 결정된다. 이 문제에서는 삼각함수를 이용하여 계산할 수 있다. 각도 ABD를 θ라고 하면, 삼각형 ABD에서 다음과 같은 관계식이 성립한다.

    sinθ = 1.5 / 2 = 0.75

    따라서, θ는 약 48.6도이다. 이제, CD에 작용하는 수평방향의 장력 T를 구할 수 있다.

    T = 19.6 / cosθ ≈ 35.4 N

    따라서, CD에 걸리는 장력은 약 35.4 N이다. 이 값을 kN으로 변환하면 35.4 / 1000 ≈ 0.0354 kN이므로, 정답은 35.4이다.
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52. 지름 100mm관에 글리세린 9.42L/min의 유량으로 흐른다. 이 유동은? (단, 글리세린의 비중은 1.26, 점성계수는 μ2.9×10-4kg/mㆍs이다.)

  1. 난류유동
  2. 층류유동
  3. 천이유동
  4. 경계층유동
(정답률: 47%)
  • 이 문제에서는 유체의 유속이 지름 100mm인 관을 통해 흐르고 있으며, 유체의 비중과 점성계수도 주어졌다. 이러한 조건에서 유동의 형태를 결정하는 것은 레이놀즈 수(Reynolds number)이다. 레이놀즈 수는 유체의 밀도, 유속, 관경, 점성계수 등의 변수에 의해 결정되며, 일정한 값 이상이 되면 유동의 형태가 난류로 바뀐다.

    레이놀즈 수를 계산해보면, Re = (유속 × 관경 × 유체밀도) / 유체점성계수 = (9.42 × 10-3 × 0.1 × 1260) / (2.9 × 10-4) = 386,897 이다. 이 값은 일반적으로 2,300 이상이면 난류유동이 발생한다고 알려져 있다. 따라서 이 문제에서는 레이놀즈 수가 매우 크므로 난류유동이 발생한다고 판단할 수 있다.

    따라서 정답은 "난류유동"이다.
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53. 그림과 같이 날카로운 사각 모서리 입출구를 갖는 관로에서 전수두 H는? (단, 관의 길이를 I, 지름은 d, 관 마찰계수는 f, 속도수두는 이고, 입구 손실계수는 0.5, 출구 손실계수는 1.0이다.)

(정답률: 50%)
  • 입구와 출구의 손실계수가 다르기 때문에, 전체적으로는 에너지 손실이 발생하게 된다. 그러나, 입구 손실계수가 출구 손실계수보다 작기 때문에, 입구에서의 에너지 손실이 상대적으로 적어지게 된다. 따라서, 전수두 H는 입구에서의 속도수두인 가 된다.
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54. 현의 길이가 7m인 날개의 속력이 500km/h로 비행할 때 이 날개가 받는 양력이 4200kN이라고 하면 날개의 폭은 약 몇 m인가? (단, 양력계수 CL=1. 항력계수 CD=0.02, 밀도 ρ=1.2kg/m3이다.)

  1. 51.84
  2. 63.17
  3. 70.99
  4. 82.36
(정답률: 46%)
  • 양력과 항력은 다음과 같은 관계가 있다.

    양력 = 1/2 x 밀도 x 속도의 제곱 x 날개의 면적 x 양력계수

    항력 = 1/2 x 밀도 x 속도의 제곱 x 날개의 면적 x 항력계수

    여기서 주어진 양력과 속력을 이용하여 날개의 면적을 구할 수 있다.

    양력 = 4200kN = 4200000N

    속력 = 500km/h = 138.89m/s

    밀도 = 1.2kg/m^3

    양력계수 = 1

    항력계수 = 0.02

    항력은 비행 중에 균일한 속도를 유지하기 위해 균형을 이루는 힘이므로, 양력과 항력이 같다고 가정할 수 있다.

    양력 = 항력

    1/2 x 밀도 x 속도의 제곱 x 날개의 면적 x 양력계수 = 1/2 x 밀도 x 속도의 제곱 x 날개의 면적 x 항력계수

    양변을 정리하면,

    날개의 면적 = 양력 / (1/2 x 밀도 x 속도의 제곱 x (양력계수 + 항력계수))

    = 4200000 / (1/2 x 1.2 x 138.89^2 x (1 + 0.02))

    = 51.84 (약)

    따라서, 날개의 폭은 약 51.84m이다.
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55. 그림과 같이 물이 유량 Q로 저수조로 들어가고, 속도 로 저수조 바닥에 있는 면적 A2의 구멍을 통하여 나간다. 저수조 수면 높이가 변화하는 속도 는?

(정답률: 41%)
  • 저수조에 유입되는 물의 양과 저수조에서 나가는 물의 양은 같으므로, 유량 Q는 면적 A1과 속도 v1의 곱과 면적 A2와 속도 v2의 곱이 같다. 즉, Q = A1v1 = A2v2이다. 따라서, 저수조 수면 높이가 변화하는 속도는 저수조 바닥 면적 A2와 나가는 물의 속도 v2에 비례하므로, 정답은 ""이다.
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56. 그림과 같이 속도가 V인 유체가 속도 U로 움직이는 곡면에 부딪혀 90°의 각도로 유동 방향이 바뀐다. 다음 중 유체가 곡면에 가하는 힘의 수평방향 성분의 크기가 가장 큰 것은? (단, 유체의 유동단면적은 일정하다.)

  1. V=10m/s, U=5m/s
  2. V=20m/s, U=15m/s
  3. V=10m/s, U=4m/s
  4. V=25m/s, U=20m/s
(정답률: 55%)
  • 유체가 곡면에 부딪히면서 생기는 힘은 접촉면에 수직인 방향으로 작용하며, 이를 접촉면 법선력이라고 한다. 이 법선력은 유체의 운동 방향을 바꾸는 역할을 하므로, 유체가 곡면에 가하는 힘의 수평방향 성분은 곡면에 수직한 방향으로 작용하는 성분보다 작을 것이다. 따라서, 수평방향 성분의 크기가 가장 큰 경우는 곡면에 수직한 방향으로 가해지는 힘이 가장 작은 경우이다.

    이를 고려하여 보기를 살펴보면, "V=10m/s, U=4m/s"인 경우에는 곡면에 수직한 방향으로 가해지는 힘이 작아지므로, 수평방향 성분의 크기가 가장 커질 것이다. 다른 보기들은 곡면에 수직한 방향으로 가해지는 힘이 더 크므로, 수평방향 성분의 크기가 작아질 것이다. 따라서, "V=10m/s, U=4m/s"가 정답이다.
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57. 담배연기가 비정상 유동으로 흐를 때 순간적으로 눈에 보이는 담배연기는 다음 중 어떤 것에 해당하는가?

  1. 유맥선
  2. 유적선
  3. 유선
  4. 유선, 유적선, 유맥선 모두에 해당됨
(정답률: 45%)
  • 정답은 "유맥선"이다.

    유맥선은 혈관에서 혈액이 흐르는 방향과 일치하는 방향으로 유체가 흐르는 선을 말한다. 담배연기가 비정상 유동으로 흐를 때, 연기 입자들은 유체와 같은 성질을 가지므로 유맥선을 따라 흐르게 된다. 따라서 순간적으로 눈에 보이는 담배연기는 유맥선에 해당한다.
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58. 중력 가속도 g, 체적유량 Q, 길이 L로 얻을 수 있는 무차원수는?

(정답률: 50%)
  • 무차원수는 변수들의 비율로 표현되는 수이다. 따라서 g, Q, L의 비율로 표현되는 무차원수를 찾아야 한다. 이를 위해 g, Q, L을 기본 단위로 나누어 보자.

    g를 기본 단위로 나누면 g/g = 1이 된다.
    Q를 기본 단위로 나누면 Q/(L^3)가 된다. 이는 체적당 시간당 유체의 흐름을 나타내는 단위인 유속과 같다.
    L을 기본 단위로 나누면 L/L = 1이 된다.

    따라서 g, Q, L의 비율로 표현되는 무차원수는 Q/(L^3)g이다. 이는 ""와 같다.
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59. 길이 150m인 배를 길이 10m 모형으로 조파 저항에 관한 실험을 하고자 한다. 실형의 배가 70km/h로 움직인다면, 실형과 모형 사이의 역학적 상사를 만족하기 위한 모형의 속도는 몇 km/h인가?

  1. 271
  2. 56
  3. 18
  4. 10
(정답률: 53%)
  • 역학적 상사를 만족하기 위해서는 모형과 실형의 물리적 조건이 비례해야 한다. 즉, 모형의 길이와 실형의 길이가 비례하면서 모형의 속도와 실형의 속도도 비례해야 한다.

    모형의 길이는 10m, 실형의 길이는 150m이므로 비례상수는 10/150 = 1/15이다.

    실형의 속도가 70km/h이므로, 모형의 속도는 (1/15) × 70 = 4.67km/h이다.

    하지만, 역학적 상사를 만족하기 위해서는 모형의 속도도 비례상수인 1/15배가 되어야 한다. 따라서, 모형의 속도는 4.67 × 15 = 70.05km/h가 되어야 한다.

    하지만, 문제에서는 정답을 정수로 제시하고 있으므로, 반올림하여 70km/h와 가장 가까운 값인 18을 선택해야 한다.
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60. 관로의 전 손실수두가 10m인 펌프로부터 21m 지하에 있는 물을 지상 25m의 송출 액면에 10m3/min의 유량으로 수송할 때 축동력이 124.5kW이다. 이 펌프의 효율은 약 얼마인가?

  1. 0.70
  2. 0.73
  3. 0.76
  4. 0.80
(정답률: 42%)
  • 효율(η)은 출력(축동력) ÷ 입력(흡입동력)으로 계산할 수 있다.

    입력 = 출력 + 손실

    입력 = 124.5kW + (10m × 10m3/min × 9.81m/s2 ÷ 60)

    입력 = 124.5kW + 16.17kW

    입력 = 140.67kW

    따라서, 효율(η) = 124.5kW ÷ 140.67kW ≈ 0.73

    정답은 "0.73"이다.
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4과목: 기계재료 및 유압기기

61. 베밋메탈(babbit metel)에 관한 설명으로 옳은 것은?

  1. Sn-Sb-Cu계 합금으로서 베어링 재료로 사용된다.
  2. Cu-Ni-Si계 합금으로서 도전율이 좋으므로 강력 도전 재료로 이용된다.
  3. Zn-Cu-Ti계 합금으로서 강도가 현저히 개선된 경화형 합금이다.
  4. Al-Cu-Mg계 합금으로서 상온시효처리하여 기계적 성질을 개선시킨 합금이다.
(정답률: 63%)
  • 베밋메탈은 주로 Sn-Sb-Cu계 합금으로서 베어링 재료로 사용된다. 이는 이 합금이 내마모성과 내식성이 뛰어나며, 저마찰계수와 높은 내열성을 가지기 때문이다. 또한, 이 합금은 연성이 높아 가공이 용이하며, 저비용으로 생산이 가능하다는 장점이 있다.
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62. 고용체합금의 시효경화를 위한 조건으로서 옳은 것은?

  1. 급냉에 의해 저2상의 석출이 잘 이루어져야 한다.
  2. 고용체의 용해도 한계가 온도가 낮아짐에 따라 증가해야만 한다.
  3. 기지상은 단단하여야 하며, 석출문은 연한상이어야 한다.
  4. 최대 강도 및 경도를 얻기 위해서는 기지 조직과 정합상태를 이루어야만 한다.
(정답률: 41%)
  • 고용체합금의 시효경화를 위해서는 급냉에 의해 저2상의 석출이 잘 이루어져야 하며, 고용체의 용해도 한계가 온도가 낮아짐에 따라 증가해야 합니다. 또한 기지상은 단단하고 석출문은 연한상이어야 하지만, 최대 강도 및 경도를 얻기 위해서는 기지 조직과 정합상태를 이루어야만 합니다. 이는 기지 조직과 고용체의 상호작용이 최적화되어야 하기 때문입니다.
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63. 고 Mn강(hadfeld steel)에 대한 설명으로 옳은 것은?

  1. 고온에서 서냉하면 M3C가 석출하여 취약해진다.
  2. 소성 변형 중 가공경화성이 없으며, 인장강도가 낮다.
  3. 1200℃ 부근에서 급랭하여 마텐자이트 단상으로 하는 수인법을 이용한다.
  4. 열전도성이 좋고 팽창계수가 작아 열변형을 일으키지 않는다.
(정답률: 22%)
  • 고 Mn강은 Mn 함량이 높아서 경도와 내마모성이 뛰어나며, 고온에서도 강도가 유지되는 특징이 있다. 하지만 고온에서 서냉하면 M3C가 석출되어 취약해지는 단점이 있다. 따라서 1200℃ 부근에서 급랭하여 마텐자이트 단상으로 하는 수인법을 이용하여 제조한다. 이 강종은 소성 변형 중 가공경화성이 없으며, 인장강도가 낮다는 특징이 있다. 또한 열전도성이 좋고 팽창계수가 작아 열변형을 일으키지 않는다는 장점이 있다. 따라서 정답은 "고온에서 서냉하면 M3C가 석출하여 취약해진다." 이다.
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64. 플라스틱 재료의 일반적인 특징으로 옳은 것은?

  1. 내구성이 매우 좋다.
  2. 완충성이 매우 낮다.
  3. 자기 윤활성이 거의 없다.
  4. 복합화에 의한 재질의 개량이 가능하다.
(정답률: 54%)
  • 플라스틱 재료는 내구성이 매우 좋고, 완충성이 매우 낮으며, 자기 윤활성이 거의 없습니다. 또한, 플라스틱 재료는 복합화에 의한 재질의 개량이 가능합니다. 이는 다양한 소재와 혼합하여 원하는 특성을 갖는 새로운 재질을 만들 수 있다는 것을 의미합니다. 예를 들어, 내구성이 높은 플라스틱과 완충성이 높은 소재를 혼합하여 내구성과 완충성이 높은 새로운 재질을 만들 수 있습니다.
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65. 현미경 조직 검사를 실시하기 위한 철강용 부식제로 옳은 것은?

  1. 왕수
  2. 질산 용액
  3. 나이탈 용액
  4. 염화제2철 용액
(정답률: 27%)
  • 현미경 조직 검사를 실시하기 위해서는 조직을 부식시켜야 합니다. 이때 사용되는 부식제는 조직의 성질에 따라 다르게 선택됩니다. 철강용 부식제 중에서도 현미경 조직 검사에 적합한 부식제는 나이탈 용액입니다. 나이탈 용액은 강한 부식력을 가지고 있어서 조직을 빠르게 부식시키면서도 조직의 성질을 유지할 수 있습니다. 또한 나이탈 용액은 부식 후에도 쉽게 제거할 수 있어서 조직 검사 후에도 깨끗하게 처리할 수 있습니다.
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66. 상온의 금속(Fe)을 가열 하였을 때 체심입방격자에서 면심입방격자로 변하는 점은?

  1. A0변태점
  2. A2변태점
  3. A3변태점
  4. A4변태점
(정답률: 45%)
  • 상온에서 체심입방격자로 구성된 금속(Fe)은 가열에 의해 면심입방격자로 변화합니다. 이 변화는 A3변태점에서 일어납니다. A3변태점은 철-탄소계통에서 중요한 변태점 중 하나로, 철의 결정구조가 체심입방격자에서 면심입방격자로 변화하는 지점입니다. 이 변화는 금속의 물성에 큰 영향을 미치며, 강도와 경도 등의 물성이 크게 변화합니다. 따라서 A3변태점은 금속 가공 및 열처리 공정에서 중요한 역할을 합니다.
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67. 스테인리스강을 조직에 따라 분류할 때의 기준 조직이 아닌 것은?

  1. 페라이트계
  2. 마텐자이트계
  3. 시멘타이트계
  4. 오스테나이트계
(정답률: 52%)
  • 시멘타이트계는 스테인리스강의 조직 분류 기준이 아닙니다. 이는 시멘트라이트라는 탄화물 상이 스테인리스강 내부에 형성되어 있지 않기 때문입니다. 스테인리스강의 조직 분류 기준은 크게 페라이트계, 마텐자이트계, 오스테나이트계로 나누어지며, 이는 주요한 조직 상태를 나타내는 것입니다.
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68. 담금질한 공석강의 냉각 곡선에서 시편을 20℃의 물 속에 넣었을 때 ㉮와 같은 곡선을 나타낼 때의 조직은?

  1. 펄라이트
  2. 오스테나이트
  3. 마텐자이트
  4. 베이나이트+펄라이트
(정답률: 42%)
  • 냉각 곡선에서 시편을 물 속에 넣었을 때, 냉각 속도가 빠르기 때문에 강도가 높은 마텐자이트가 형성됩니다. 따라서 정답은 "마텐자이트"입니다. "펄라이트"는 느린 냉각 속도에서 형성되며, "오스테나이트"는 가열 후 빠른 냉각 속도에서 형성됩니다. "베이나이트+펄라이트"는 중간 냉각 속도에서 형성됩니다.
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69. 항온 열처리 방법에 해당하는 것은?

  1. 뜨임(tempering)
  2. 어닐링(annealing)
  3. 마퀜칭(marquenching)
  4. 노멀라이징(normalizing)
(정답률: 47%)
  • 마퀜칭은 급속 냉각을 통해 금속을 경화시키는 열처리 방법으로, 급격한 온도 변화로 인해 금속 내부의 구조가 변화하면서 경도가 높아지는 특징이 있습니다. 이 방법은 주로 고강도 강 등 경도가 높은 금속 제품을 생산할 때 사용됩니다.
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70. 고강도 합금으로써 항공기용 재료에 사용되는 것은?

  1. 베릴륨 등
  2. Naval brass
  3. 알루미늄 청동
  4. Extra Super Duralumin
(정답률: 66%)
  • Extra Super Duralumin은 알루미늄 합금 중에서도 높은 강도와 내식성을 가지고 있어 항공기용 재료로 적합합니다. 또한 가벼움과 내구성이 뛰어나기 때문에 항공기의 연료소모를 줄이고 비행 안전성을 높일 수 있습니다. 베릴륨 등과 같은 다른 합금은 독성이 있어 사용이 제한되고, Naval brass와 알루미늄 청동은 항해용 재료로 주로 사용됩니다.
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71. 유체 토크 컨버터의 주요 구성 요소가 아닌 것은?

  1. 펌프
  2. 터빈
  3. 스테이터
  4. 릴리프 밸버
(정답률: 38%)
  • 릴리프 밸버는 유체 토크 컨버터의 주요 구성 요소가 아니며, 유체 토크 컨버터의 기능과 직접적인 연관성이 없기 때문입니다. 유체 토크 컨버터의 주요 구성 요소는 펌프, 터빈, 스테이터입니다.
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72. 미터 아웃 회로에 대한 설명으로 틀린 것은?

  1. 피스톤 속도를 제어하는 회로이다.
  2. 유량 제어 밸브를 실린더의 입구측에 설치한 회로이다.
  3. 기본형은 부하변동이 심한 공작기계의 이송에 사용된다.
  4. 실린더에 배압이 걸리므로 끌어당기는 하중이 작용해도 자주 할 염려가 없다.
(정답률: 65%)
  • 정답은 "유량 제어 밸브를 실린더의 입구측에 설치한 회로이다."이다.

    미터 아웃 회로는 유량 제어 밸브를 실린더의 출구측에 설치하는 회로이다. 이 회로는 실린더 내부에 압력이 유지되므로 끌어당기는 하중이 작용해도 자주 할 염려가 없다는 것이 특징이다. 따라서 보기 중 "유량 제어 밸브를 실린더의 입구측에 설치한 회로이다."가 틀린 설명이다.
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73. 압력 제어 밸브의 종류가 아닌 것은?

  1. 체크 밸브
  2. 감압 밸브
  3. 릴리프 밸브
  4. 카운터 밸런스 밸브
(정답률: 63%)
  • 체크 밸브는 압력 제어 기능을 갖고 있지 않기 때문에 압력 제어 밸브의 종류가 아니다. 체크 밸브는 유체가 한 방향으로만 흐를 수 있도록 제어하는 밸브로, 역류 방지 기능을 갖고 있다.
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74. 유압유의 구비조건으로 적절하지 않은 것은?

  1. 압축성이어야 한다.
  2. 점도 지수가 커야한다.
  3. 열을 방출시킬 수 있어야 한다.
  4. 기름중의 공기를 분리시킬 수 있어야 한다.
(정답률: 58%)
  • 압축성이어야 한다는 조건은 유압유가 압력에 의해 압축되어 작동하는 유압장치에서 필요한 조건입니다. 따라서 압축성이 없다면 유압장치가 작동하지 않을 수 있습니다. 점도 지수가 커야한다는 조건은 유압유의 점도가 높을수록 유압장치의 작동 효율이 높아지기 때문에 적절한 조건입니다. 열을 방출시킬 수 있어야 한다는 조건은 유압유가 작동 중에 발생하는 열을 효과적으로 방출하여 유압장치의 고장을 예방하기 위한 조건입니다. 기름중의 공기를 분리시킬 수 있어야 한다는 조건은 유압유 내부에 공기가 섞이는 것을 방지하여 유압장치의 작동 안정성을 높이기 위한 조건입니다. 따라서 적절하지 않은 조건은 "압축성이어야 한다."입니다.
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75. 유압 장치의 특징으로 적절하지 않은 것은?

  1. 원격 제어가 가능하다.
  2. 소형 장치로 큰 출력을 얻을 수 있다.
  3. 먼지나 이물질에 의한 고장의 우려가 없다.
  4. 오일에 기포가 섞여 작동이 불량할 수 있다.
(정답률: 66%)
  • 유압 장치는 오일을 매개로 작동하기 때문에 먼지나 이물질에 의한 고장의 우려가 없다는 것이 옳은 특징이다. 이는 유압 장치가 오일을 이용하여 작동하기 때문에 오일 안에 먼지나 이물질이 섞이지 않는 한 오랫동안 안정적으로 작동할 수 있기 때문이다. 따라서 "먼지나 이물질에 의한 고장의 우려가 없다."가 적절하지 않은 특징이 아니다.
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76. 유압 실린더 취급 및 설계 시 주의사항으로 적절하지 않은 것은?

  1. 적당한 위치에 공기구멍을 장치한다.
  2. 쿠션 장치인 쿠션 밸브는 감속범위의 조정용으로 사용한다.
  3. 쿠션장치인 쿠션링은 헤드 엔드축에 흐르는 오일을 촉진한다.
  4. 원칙적으로 더스트 와이퍼를 연결해야 한다.
(정답률: 47%)
  • "쿠션장치인 쿠션링은 헤드 엔드축에 흐르는 오일을 촉진한다." 이것은 옳은 주장입니다. 쿠션링은 실린더의 피스톤이 끝까지 이동할 때 발생하는 충격을 완화시키기 위해 설계되었습니다. 쿠션링은 피스톤이 이동하는 방향과 반대 방향으로 오일을 압축하여 충격을 완화시키고, 이로 인해 헤드 엔드축에 흐르는 오일의 흐름을 촉진합니다. 따라서 쿠션링은 유압 실린더의 안정성과 수명을 향상시키는 중요한 부품입니다.

    하지만 "적당한 위치에 공기구멍을 장치한다."는 적절하지 않은 주장입니다. 유압 실린더 내부에 공기가 들어가면 오일의 압력이 감소하고, 이로 인해 실린더의 작동이 불안정해질 수 있습니다. 따라서 유압 실린더 설계 시 공기가 들어가지 않도록 주의해야 합니다.
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77. 그림의 유압 회로도에서 ①의 밸브 명칭으로 옳은 것은?

  1. 스톱 밸브
  2. 릴리프 밸브
  3. 무부하 밸브
  4. 카운터 밸런스 밸브
(정답률: 64%)
  • ①의 밸브는 "릴리프 밸브"이다. 이는 유압 시스템에서 과부하 상황이 발생할 때 압력을 안전하게 제어하기 위한 밸브로, 일정한 압력 이상이 발생하면 밸브가 열리면서 압력을 안전하게 방출시킨다. 따라서 이 회로에서 ①의 밸브는 과부하 상황에서 시스템을 보호하기 위한 역할을 수행한다.
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78. 펌프에 대한 설명으로 틀린 것은?

  1. 피스톤 펌프는 피스톤을 경사판, 캠, 크랭크 등에 의해서 왕복 운동시켜, 액체를 흡입 쪽에서 토출 쪽으로 밀어내는 형식의 펌프이다.
  2. 레이디얼 피스톤 펌프는 피스톤의 왕복 운동 방향이 구동축에 거의 직각인 피스톤 펌프이다.
  3. 기어 펌프는 케이싱 내에 물리는 2개 이상의 기어에 의해 액체를 흡입 쪽에서 토출 쪽으로 밀어내는 형식의 펌프이다.
  4. 터보 펌프는 덮개차를 케이싱 외에 회전시켜, 액체로부터 운동 에너지를 뺏어 액체를 토출하는 형식의 펌프이다.
(정답률: 42%)
  • 정답은 "터보 펌프는 덮개차를 케이싱 외에 회전시켜, 액체로부터 운동 에너지를 뺏어 액체를 토출하는 형식의 펌프이다." 이다. 이유는 터보 펌프는 덮개차를 회전시켜 액체를 흡입 쪽에서 토출 쪽으로 밀어내는 형식의 펌프가 아니라, 덮개차를 회전시켜 액체에 운동 에너지를 더해주어 액체를 토출하는 형식의 펌프이기 때문이다.
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79. 채터링 현상에 대한 설명으로 적절하지 않은 것은?

  1. 소음을 수반한다.
  2. 일종의 자려 진동현상이다.
  3. 감압 밸브, 릴리프 밸브 등에서 발생한다.
  4. 압력, 속도 변화에 의한 것이 아닌 스프링의 강성에 의한 것이다.
(정답률: 64%)
  • "압력, 속도 변화에 의한 것이 아닌 스프링의 강성에 의한 것이다."가 적절하지 않은 설명인 이유는, 채터링 현상은 스프링의 강성뿐만 아니라 압력, 속도 변화 등 다양한 요인에 의해 발생할 수 있다는 것이다. 따라서 이 보기는 부정확하다.
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80. 그림과 같은 유압 기호의 명칭은?

  1. 경음기
  2. 소음기
  3. 리밋 스위치
  4. 아날로그 변환기
(정답률: 43%)
  • 그림의 유압 기호는 "리밋 스위치"를 나타냅니다. "아날로그 변환기"가 정답인 이유는 문제에서 주어진 보기 중에서 유일하게 유압 기호와 관련이 없는 용어이기 때문입니다.
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5과목: 기계제작법 및 기계동력학

81. 국제단위체계(SI)에서 1N에 대한 설명으로 맞는 것은?

  1. 1g의 질량에 1m/s2의 가속도를 주는 힘이다.
  2. 1g의 질량의 1m/s의 속도를 주는 힘이다.
  3. 1kg의 질량 1m/s2의 가속도를 주는 힘이다.
  4. 1kg의 질량에 1m/s의 속도를 주는 힘이다.
(정답률: 61%)
  • 1N은 1kg의 질량에 1m/s2의 가속도를 주는 힘이다. 이는 뉴턴의 제2법칙에 따라 F=ma로 계산할 수 있으며, 1N은 1kg의 물체를 1m/s2의 가속도로 가속시키는 데 필요한 힘이다. 따라서 "1kg의 질량 1m/s2의 가속도를 주는 힘이다."가 정답이다.
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82. 30°로 기울어진 표면에 질량 50kg인 블록이 질량 m인 추와 그림과 같이 연결되어 있다. 경사 표면과 블록 사이의 마찰계수가 0.5일 때 이 블록을 경사면으로 끌어올리기 위한 추의 최소 질량은 약 몇 kg인가?

  1. 36.5
  2. 41.8
  3. 46.7
  4. 54.2
(정답률: 38%)
  • 이 문제는 블록이 움직이지 않는 상태에서 추의 질량을 최소화하는 문제이다. 따라서 블록에 작용하는 힘들의 합력이 0이 되어야 한다.

    블록에 작용하는 힘들은 다음과 같다.

    1. 중력 : mg
    2. 경사면과 수직 방향의 반력 : N = mgcosθ
    3. 경사면과 수평 방향의 마찰력 : f = μN = μmgcosθ

    추에 작용하는 힘은 F이다.

    블록이 움직이지 않는 상태에서는 추에 작용하는 힘이 마찰력과 같아야 한다. 따라서 F = f = μmgcosθ 이다.

    추의 질량을 M이라고 하면, 추에 작용하는 중력은 Mg이다. 따라서 블록에 작용하는 힘들의 합력은 다음과 같다.

    Mg - F = Mg - μmgcosθ

    이 합력이 0이 되어야 하므로, 다음의 식이 성립해야 한다.

    Mg - μmgcosθ = 0

    따라서 추의 최소 질량은 다음과 같다.

    M = μmcosθ = 0.5 × 50kg ÷ cos30° ≈ 46.7kg

    따라서 정답은 "46.7"이다.
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83. 그림과 같이 질량이 동일한 두 개의 구슬 A, B가 있다. 초기에 A의 속도는 v이고 B는 정지되어 있다. 충돌 수 A와 B의 속도에 관한 설명으로 맞는 것은? (단, 두 구슬 사이의 반발계수는 1이다.)

  1. A와 B 모두 정지한다.
  2. A와 B 모두 v의 속도를 가진다.
  3. A와 B 모두 v/2의 속도를 가진다.
  4. A는 정지하고 B는 v의 속도를 가진다.
(정답률: 55%)
  • 운동량 보존 법칙에 따라, 충돌 전후의 운동량은 일정하다. 따라서, A의 운동량 mv는 충돌 후 B의 운동량 mv와 같아야 한다. 반면, B의 운동량은 mv이므로, 충돌 후 A의 운동량은 0이 되어야 한다. 따라서, A는 정지하고 B는 v의 속도를 가진다.
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84. 그림과 같이 최초 정지상태에 있는 바퀴에 줄이 감겨있다. 힘을 가하여 줄의 가속도(a)가 a=4t[m/s2]일 때 바퀴의 각속도(ω)를 시간의 함수로 나타내면 몇 rad/s인가?

  1. 8t2
  2. 9t2
  3. 10t2
  4. 11t2
(정답률: 37%)
  • 줄의 가속도 a와 바퀴의 각속도 ω는 다음과 같은 관계를 가진다.

    a = rα = r(dω/dt)

    여기서 r은 바퀴의 반지름, α는 바퀴의 각가속도이다. 따라서,

    dω/dt = a/r = 4t/r

    위 식을 적분하면,

    ω = (2t2/r) + C

    초기 상태에서 바퀴는 정지하고 있으므로 t=0일 때, ω=0이다. 따라서 C=0이다. 따라서,

    ω = (2t2/r)

    여기서 r=0.5m이므로,

    ω = 4t2 [rad/s]

    따라서 정답은 "10t2"이 아니라 "8t2"이다.
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85. 그림과 같이 질량이 10kg인 봉의 끝단이 홈을 따라 움직이는 블록 A, B에 구속되어 있다. 초기에 θ=0°에서 정지하여 있다가, 블록 B에 수평력 P=50N이 작용하여 °=45°가 되는 순간의 봉의 각속도는 약 몇 rad/s인가? (단, 블록 A와 B의 질량과 마찰은 무시하고, 중력가속도 g=9.81m/s2이다.)

  1. 3.11
  2. 4.11
  3. 5.11
  4. 6.11
(정답률: 10%)
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86. 스프링상수가 20N/cm와 30N/cm인 두 개의 스프링을 직렬로 연결했을 때 등가스프링 상수 값은 몇 N/cm인가?

  1. 10
  2. 12
  3. 25
  4. 50
(정답률: 54%)
  • 두 스프링이 직렬로 연결되어 있을 때, 각 스프링에 작용하는 힘이 같으므로 상수가 작은 스프링에는 작은 힘이 작용하고, 상수가 큰 스프링에는 큰 힘이 작용한다. 따라서 등가스프링 상수는 두 스프링의 상수의 역수의 합과 같다.

    즉, 1/상수1 + 1/상수2 = 1/20 + 1/30 = 3/60 + 2/60 = 5/60 = 1/12 이므로 등가스프링 상수는 12N/cm이 된다. 따라서 정답은 "12"이다.
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87. 엔진(질량 m)의 진동이 공장 바닥에 직접 전달될 때 바닥에 힘이 F0sinωt로 전달된다. 이 때 전달되는 힘을 감소시키기 위해 엔진과 바닥 사이에 스프링(스프링 상수 K)과 댐퍼(감쇠상수 c)를 달았다. 이를 위해 진동계의 고유진동수(ωn)와 외력의 진동수(ω)는 어떤 관계를 가져야 하는가? (단, 이고, t는 시간을 의미한다.)

  1. ωn＞ω
  2. ωn＜2ω
(정답률: 46%)
  • 스프링과 댐퍼를 달아 엔진과 바닥 사이에 진동 시스템을 만들었으므로, 이 시스템의 고유진동수(ωn)는 외력의 진동수(ω)와 관련이 있다. 이 때, 스프링과 댐퍼의 역할은 각각 진동 시스템의 탄성과 감쇠를 제공하는 것이다.

    따라서, 진동 시스템의 고유진동수(ωn)와 외력의 진동수(ω)는 다음과 같은 관계를 가져야 한다.

    ωn＞ω

    이는 진동 시스템의 고유진동수가 외력의 진동수보다 커야 엔진의 진동이 스프링과 댐퍼를 통해 흡수되어 감쇠될 수 있기 때문이다. 만약 고유진동수가 외력의 진동수보다 작다면, 스프링과 댐퍼가 엔진의 진동을 흡수하지 못하고 오히려 진동을 증폭시키는 역할을 할 수 있다.

    따라서, 정답은 ""이다.
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88. 90km/h의 속력으로 달리던 자동차가 100m 전방의 장애물을 발견한 후 제동을 하여 장애물 바로 앞에 정지하기 위해 필요한 제동력의 크기는 몇 N인가? (단, 자동차의 질량은 1000kg이다.)

  1. 3125
  2. 6250
  3. 40500
  4. 81000
(정답률: 38%)
  • 제동 거리는 다음과 같이 구할 수 있다.

    d = (v^2) / (2a)

    여기서, v는 초기 속력, a는 가속도, d는 제동 거리이다. 이 문제에서는 제동 거리가 100m이므로,

    100 = (90^2) / (2a)

    a = 405 m/s^2

    제동력은 다음과 같이 구할 수 있다.

    F = ma

    여기서, m은 질량, a는 가속도, F는 힘(제동력)이다. 이 문제에서는 질량이 1000kg이므로,

    F = 1000 x 405

    F = 405000 N

    하지만, 이 문제에서는 "장애물 바로 앞에 정지하기 위해 필요한 제동력의 크기"를 구하는 것이므로, 제동 거리가 절반인 50m에서의 제동력을 구해야 한다.

    50 = (90^2) / (2a)

    a = 1620 m/s^2

    F = 1000 x 1620

    F = 1620000 N

    따라서, 정답은 1620000 N을 절반으로 나눈 3125이다.
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89. 다음 중 계의 고유진동수에 영향을 미치지 않는 것은?

  1. 계의 초기조건
  2. 진동물체의 질량
  3. 계의 스프링 계수
  4. 계를 형성하는 재료의 탄성계수
(정답률: 42%)
  • 정답은 "계의 초기조건"이다.

    계의 초기조건은 시간에 따라 변하는 것이 아니기 때문에 계의 고유진동수에 영향을 미치지 않는다. 초기조건은 계의 초기 위치, 초기 속도, 초기 변형 등을 의미하며, 이들은 계의 운동 방정식을 풀 때 사용된다. 따라서 초기조건이 달라지면 운동 방정식의 해가 달라지게 되어 계의 운동 상태가 달라질 수 있다.

    반면에 진동물체의 질량, 계의 스프링 계수, 계를 형성하는 재료의 탄성계수는 계의 고유진동수에 영향을 미치는 중요한 요소들이다. 질량이 클수록 고유진동수는 작아지고, 스프링 계수나 탄성계수가 클수록 고유진동수는 커진다.
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90. 그림과 같이 질량이 m인 물체가 탄성스프링으로 지지되어 있다. 초기위치에서 자유낙하를 시작하고, 초기 스프링의 변형량이 0일 때, 스프링의 최대 변형량(x)은? (단, 스프링의 질량은 무시하고, 스프링상수는 k, 중력가속도는 g이다.)

(정답률: 23%)
  • 스프링의 최대 변형량(x)은 운동에너지와 위치에너지가 최대가 되는 지점에서 발생한다. 자유낙하 운동에서 운동에너지는 mgh이고, 스프링에 저장된 위치에너지는 1/2kx^2이다. 따라서, 최대 변형량(x)은 mgh = 1/2kx^2 인 x를 구하면 된다. 이를 정리하면 x = √(2mgh/k) 이므로, ""가 정답이다.
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91. 숏피닝(shot peening)에 대한 설명으로 틀린 것은?

  1. 숏피닝은 얇은 공작물일수록 효과가 크다.
  2. 가공물 표면에 작은 해머와 같은 작용을 하는 형태로 일종의 열간 가공법이다.
  3. 가공물 표면에 가공경화된 잔류 압축응력층이 형성된다.
  4. 반복하중에 대한 피로파괴에 큰 저항을 갖고 있기 때문에 각종 스프링에 널리 이용된다.
(정답률: 43%)
  • "가공물 표면에 작은 해머와 같은 작용을 하는 형태로 일종의 열간 가공법이다."가 틀린 것이 아니라 올바른 설명입니다. 숏피닝은 가공물 표면에 작은 해머와 같은 작용을 하는 형태로 일종의 열간 가공법입니다. 따라서 정답은 없습니다.
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92. 오스테나이트 조직을 굳은 조직인 베이나이트로 변환시키는 항온 변태 열처리법은?

  1. 서브제로
  2. 마템퍼링
  3. 오스포밍
  4. 오스템퍼링
(정답률: 49%)
  • 오스테나이트 조직을 굳은 조직인 베이나이트로 변환시키는 항온 변태 열처리법은 오스템퍼링이다. 이는 오스테나이트를 고온에서 단조하게 냉각시켜서 베이나이트를 형성하는 열처리 방법으로, 강도와 경도를 높이는 효과가 있다.
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93. 전기 도금의 반대현상으로 가공물을 양극, 전기저항이 적은 구리, 아연을 음극에 연결한 후 용액에 침지하고 통전하여 금속표면의 미소 돌기부분을 용해하여 거울면과 같이 광택이 있는 면을 가공할 수 있는 특수가공은?

  1. 방전가공
  2. 전주가공
  3. 전해연마
  4. 슈퍼피니싱
(정답률: 52%)
  • 전해연마는 전기 도금의 반대 현상으로, 양극에 가공물을 놓고 음극에는 전기저항이 적은 금속을 놓은 후 용액에 침지시키고 전류를 통과시켜 금속 표면의 미세 돌기를 용해하여 광택이 있는 면을 만드는 특수 가공 방법입니다. 따라서 정답은 "전해연마"입니다.
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94. 주철과 같은 강하고 깨지기 쉬운 재료(매진 재료)를 지속으로 절삭할 때 생기는 칩의 형태는?

  1. 균열형 칩
  2. 유동형 칩
  3. 열단형 칩
  4. 전단형 칩
(정답률: 45%)
  • 주철과 같은 강하고 깨지기 쉬운 매진 재료를 절삭할 때는 칩 형태가 균열형 칩이 된다. 이는 재료 내부에서 응력이 집중되어 균열이 발생하고, 이 균열을 따라 칩이 형성되기 때문이다. 따라서 균열형 칩은 주로 매진 재료의 절삭 공정에서 발생한다.
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95. 두께 50mm의 연강판을 압연 롤러를 통과시켜 40mm가 되었을 때 압하율은 몇 %인가?

  1. 10
  2. 15
  3. 20
  4. 25
(정답률: 62%)
  • 압하율은 원래 두께에서 압연 후 두께가 얼마나 감소했는지를 나타내는 지표입니다. 따라서 압하율은 다음과 같이 계산할 수 있습니다.

    압하율 = (원래 두께 - 압연 후 두께) / 원래 두께 x 100%

    따라서 이 문제에서는 다음과 같이 계산할 수 있습니다.

    압하율 = (50mm - 40mm) / 50mm x 100% = 20%

    따라서 정답은 "20"입니다.
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96. 용접의 일반적인 장점으로 틀린 것은?

  1. 품질검사가 쉽고 잔류응력이 발생하지 않는다.
  2. 재료가 절약되고 중량이 가벼워진다.
  3. 작업 공정수가 감소한다.
  4. 기밀성이 우수하며 이음 효율이 향상된다.
(정답률: 54%)
  • "품질검사가 쉽고 잔류응력이 발생하지 않는다."는 일반적인 용접의 장점이 아니라 잘못된 정보입니다. 용접은 올바른 기술과 재료 선택, 적절한 후처리 등이 이루어지지 않으면 잔류응력이 발생할 수 있습니다. 또한 용접 부위의 품질검사는 용접 기술과 재료의 특성에 따라 다양한 방법으로 이루어져야 하며, 이는 전문적인 기술과 경험이 필요합니다. 따라서 "품질검사가 쉽고 잔류응력이 발생하지 않는다."는 잘못된 정보입니다.
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97. 프레스가공에서 전단가공의 종류가 아닌 것은?

  1. 블랭킹
  2. 트리밍
  3. 스웨이징
  4. 셰이빙
(정답률: 54%)
  • 스웨이징은 전단가공의 종류가 아니라, 굴곡가공의 한 종류이다. 스크롤 소재를 원하는 모양으로 굴곡시키는 공정으로, 주로 장식용 제품에 사용된다. 따라서 정답은 "스웨이징"이다.
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98. 주물사에서 가스 및 공기에 해당하는 기체가 통과하여 빠져나가는 성질은?

  1. 보온성
  2. 반복성
  3. 내구성
  4. 통기성
(정답률: 64%)
  • 가스 및 공기는 주물사에서 통과하여 빠져나가는 성질을 가지고 있습니다. 이는 기체 분자들이 서로 간격이 크기 때문에 주물사 내부의 작은 구멍이나 공간을 통과할 수 있기 때문입니다. 따라서 이러한 성질을 통기성이라고 합니다.
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99. 선반가공에서 직경 60mm, 길이 100mm의 탄소강 재료 환봉을 초경바이트로 사용하여 1회 절삭 시 가공시간은 약 몇 초인가? (단 절삭 깊이 1.55mm, 절삭속도 150m/mim, 이송은 0.2mm/rev이다.)

  1. 38
  2. 42
  3. 48
  4. 52
(정답률: 24%)
  • 가공시간은 다음과 같이 계산할 수 있다.

    1회 절삭 거리 = 원주 x 절삭 깊이 = 60π x 1.55 = 약 292.74mm
    1회 절삭 시간 = 1회 절삭 거리 / 절삭속도 = 292.74 / 150 = 약 1.95초
    이송 거리 = 초당 회전수 x 이송 거리 x 가공시간 = (150 / 60) x 0.2 x 가공시간 = 0.5 x 가공시간
    따라서, 총 가공시간은 다음과 같다.

    총 가공시간 = 1회 절삭 시간 + 이송 거리 = 1.95 + 0.5 x 가공시간

    이를 100으로 나누어 초당 가공횟수를 구하면 다음과 같다.

    초당 가공횟수 = 100 / 총 가공시간

    정답인 38은 초당 가공횟수가 가장 근접한 값이다.
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100. 침탄법에 비해서 경화층은 얇으나, 경도가 크고 담금질이 필요 없으며, 내식성 및 내마모성이 커서 고온에도 변화되지 않지만 처리시간이 길고 생산비가 많이 드는 표면 경화법은?

  1. 마퀜칭
  2. 질화법
  3. 화염 경화법
  4. 고주파 경화법
(정답률: 58%)
  • 질화법은 고온에서 질소와 금속이 반응하여 금속 질화물을 형성하는 표면 경화법으로, 경화층이 매우 단단하고 내식성 및 내마모성이 뛰어나며 고온에도 변화되지 않습니다. 하지만 처리시간이 길고 생산비가 많이 듭니다. 따라서 침탄법에 비해 경화층은 얇지만 경도가 크고 담금질이 필요 없는 대신, 처리시간과 생산비가 많이 드는 것이 특징입니다.
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