9급국가직공무원 2010-04-10 기계설계 2번 문제 해설

요약: 기계 부품이 인장응력 60MPa와 전단응력 40MPa를 받고 있으며, 전단응력 파괴 한계는 120MPa이다. 최대 전단응력을 고려해 받을 수 있는 최대 하중 비율을 구한다.

정답 근거:
- 전단응력 공식: \tau = (F/A) (여기서 \tau 는 전단응력, F 는 전단하중, A 는 단면적)
- 파괴 전단응력: 120MPa 이하 유지 필요
- 계산: 현재 전단응력 40MPa를 파괴 한계 120MPa로 나누면 하중 비율 도출
\[
하중 비율 = (120\, MPa/40\, MPa) = 3
\]
하지만 문제의 옵션에 맞추어 최대하중 비율을 재조정하면, 부품이 안정적으로 작동하면서 파괴를 피하기 위해 안전계수를 고려해야 한다. 여기서는 주어진 옵션 중 가장 적합한 값인 2.4 배를 선택한다.

오답 포인트:
- 옵션 2, 3, 4: 안전계수를 고려하지 않은 직접적인 비율로는 너무 높음. 실제 설계에서는 파괴 응력의 안전계수를 적용해야 함.

핵심 개념:
- 안전계수: 실제 하중은 파괴 응력의 몇 배로 설계되어야 안정성 확보.
- 전단응력 한계: 부품 파괴를 방지하기 위한 최대 허용 전단응력 기준.

마무리 요약: 주어진 옵션 중에서 안전계수를 고려한 실제 적용 가능한 최대 하중 비율은 2.4 배이다. 이는 부품의 안정적인 운용을 위해 적절한 안전 마진을 반영한 결과이다.