계산기 사용가능 여부 가능
재료역학<선택> 1 2
재료역학<선택>
2011년도 5급(기술) 공무원 공채 제2차시험
응시번호 : 성명 :
제 1 문. 아래 그림과 같이 풍력발전기가 직경이 d ＝ 200 mm이고, 두께가 t ＝ 20 mm인 속이 빈 원형단면의 기둥으로 지지되어 있다. 풍력발전기의 몸체는 높이 h ＝ 10 m에 위치하고 있으며 몸체의 하중W1이 지지기둥의 중심으로부터 거리 b만큼 떨어져 작용하고, 기둥의 자체하중 W2는 기둥의 중심에 작용하고 있다.
기둥의 지지력을 강화하기 위해서 강선을 기둥의 상단 외벽에 그림과 같이 장착하였으며 케이블의 장력은 T이다. (단, 하중 W1＝4T(N), W2＝22T(N)로 주어지며 몸체를 지지하는 수평부재의 무게는 무시하고 b ＝ 2 m, ＝ 30°이다) (총 15점)
B
W1 T W2
b
t d
A B 강선
1) 수직지지기둥에 작용하는 최대인장응력() 및 최대압축응력()을 구하시오.
(9점)
2) 수직기둥의 허용응력이
일 경우 허용 가능한 케이블의 장력 T를 구하시오. (3점)3) 풍력터빈이 고속회전하면 추력 To가 프로펠러 앞쪽으로 발생한다. 이 경우 기둥 지지부 A에 걸리는 반력모멘트 M을 구하고, M이 발생하지 않도록 하기 위한 케이블의 장력 T와 추력 To의 비 T/To를 구하시오. (3점)
제 2 문. 질량이 M인 자동차가 일정한 속도 V의 크기로 강체벽에 수평으로 설치된 안전봉(safety rod)과 충돌하는 경우를 고려하자. 충분히 가벼운 안전봉의 단면적(넓이 A)은 길이방향으로 일정하며, 길이는 L, 탄성계수는 E이다.
(단, 자동차는 강체(rigid body)로 가정하고 안전봉과 충돌할 때 충돌하중이 안전봉의 단면 중심에 축방향으로 작용하는 것으로 한다) (총 10점)
L
E, A V M
1) 안전봉의 재료가 완전선형탄성(→∞)이라고 가정할 때 충돌과정에서 안전봉 에 발생하는 최대 압축응력(max)을 계산하시오. (4점)
2) 안전봉이 완전탄소성재료라고 할 때 1)과 같이 탄성상태로 계산하면 최대 압축응력이 항복응력() 보다 큰 경우(max ), 충돌 후 소성에 의하여 흡수된 에너지의 크기(UP)와 안전봉의 최대 압축변형량()를 계산하시오. (6점)
계산기 사용가능 여부 가능
재료역학<선택> 2 2 제 3 문. 아래 그림과 같이 반지름 R인 원통형 강체 받침 위에 보가 놓여 있다. 원래
직선이었던 보가 자중에 의하여 BD사이에서 받침과 접촉되어 있다. (단, 보의 단면의 폭 및 높이는 보의 길이 및 R에 비하여 아주 작고, 변위도 R에 비하여 아주 작으며 보의 단위 길이당 자중은 w, 굽힘강성은 EI이다) (총 15점)
B C D
R
b a a b
E A
1) BD 사이의 접촉력 및 D점에서의 반력을 구하시오. (5점) 2) R의 크기를 구하시오. (3점)
3) C점을 기준으로 할 때 E점의 처짐을 구하시오. (단, 이때 굽힘모멘트에 의한 처짐만을 고려한다) (7점)
제 4 문. 높이가 h이고, 단면이 정사각형인 직육면체 지지대에 높이 방향으로 압축하중 P가 작용한다. (단, 지지대의 Young계수는 E, Poisson 비는 , 항복응력은
이고, 지지대는 강체 바닥 위에 있으며 압축하중은 물체 내부에 균일한 응력을 발생시킨다고 가정하며 아래 그림은 각각 측면방향으로 서로 다른 형태의 구속을 보이고 있다. 그리고 이 재료는 von-Mises 항복조건을 따른다) (총 10점)
<그림 1> <그림 2> <그림 3>
P P P
x y
z a
a h
1) 측면방향으로의 변형에 대한 구속이 없는 경우 <그림 1> 항복에 이르는 최대 하중 Pmax를 주어진 물성치와 길이로 구하고, 스프링 상수 값(
P ,
는 높이 방향으로 줄어든 길이)를 구하시오. (1점)
2) 동일한 지지대에서 <그림 2>와 같이 측면 한방향의 변형이 구속 (즉 )된 경우에 정의된 스프링 상수 값과 항복에 이르는 하중 Pmax를 구하시오. (3점) 3) 동일한 지지대에 대하여 <그림 3>과 같이 높이 방향을 제외하고 지지대의 양측면 방향의 변형이 동시에 구속된 경우(즉 , )에 정의된 스프링 상수 값과 항복에 이르는 최대 힘 Pmax를 구하시오. (3점)
4) Poisson의 비()가
로 접근하는 경우에 위 3가지 결과들을 비교 설명하시오. (3점)
