9급국가직공무원 2010-04-10 기계설계 20번 문제 해설

**문제 요약:** 압력용기 뚜껑이 16,900 N의 하중을 받을 때, 인장강도 420 N/mm2, 안전 계수 5인 볼트를 사용하여 최소한 몇 개의 볼트가 필요한지 구하시오. 볼트 지름은 13mm이고 굽힘 응력은 고려하지 않습니다. **정답 근거:** - **필요 볼트 수 계산:** - **하중 분배:** \( \frac{16,900 \, \text{N}}{\text{볼트 인장 강도} \times \text{면적}} \) - 볼트 지름: 13mm → 면적 \( A = \pi \times \left(\frac{13}{2}\right)^2 \approx 121.0 \, \text{mm}^2 \) - **단일 볼트의 허용 하중:** \( 420 \, \text{N/mm}^2 \times 121 \, \text{mm}^2 = 50820 \, \text{N} \) - **안전 계수 적용:** \( \frac{50820 \, \text{N}}{5} \approx 10,164 \, \text{N} \) - **필요 볼트 수:** \( \frac{16,900 \, \text{N}}{10,164 \, \text{N}} \approx 1.66 \) → **최소 2개** **오답 포인트:** - **1번 (1):** 단일 볼트의 허용 하중이 실제 하중을 견디지 못함. - **3번 (3) 이상:** 과도한 볼트 수로 비용과 복잡성 증가. **핵심 개념:** - **인장강도 및 안전 계수:** 볼트의 강도를 실제 하중에 안전하게 적용. - **면적 계산:** 볼트 지름을 이용한 단면적 계산으로 허용 하중 결정. **마무리 요약:** 안전 계수와 볼트의 인장강도를 고려한 결과, 최소 2개의 볼트가 필요하며, 이는 하중을 안정적으로 분산시키고 안전을 확보합니다. | **요약 테이블** | |-----------------| | **하중 (N)** | 16,900 | | **볼트 인장강도 (N/mm2)** | 420 | | **볼트 지름 (mm)** | 13 | | **안전 계수** | 5 | | **필요 볼트 수** | **2** |