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: (16,900 \, N/볼트 인장 강도 × 면적)
- 볼트 지름: 13mm → 면적 A = π × ≤ft((13/2)\right)² ≈ 121.0 \, mm²
- 단일 볼트의 허용 하중: 420 \, N/mm² × 121 \, mm² = 50820 \, N
- 안전 계수 적용: (50820 \, N/5) ≈ 10,164 \, N
- 필요 볼트 수: (16,900 \, N/10,164 \, N) ≈ 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 |