5급 공채 2차

2024년 5급 공채 기술 2차 재료역학(필수)

문제 5개 · 100점. 참고 답안·채점 기준은 앱에서 볼 수 있습니다.

제1문 (16점)

그림과 같이 길이가 L이고 단면적이 A인 원기둥 형태의 고무가 강체 용기 내에서 압축하중 F를 받고 있다. 다음 물음에 답하시오. (단, 강체 용기와 고무 사이에 마찰은 무시하고 하중은 고무의 윗면에 균일하게 작용하는 것으로 가정한다) (총 16점)
[그림]
  1. (1) 고무의 탄성계수를 E, 포아송비를 \nu라고 할 때, 하중 F에 의해 강체 용기의 벽면에 가해지는 압력 p를 구하시오. (6점)
  2. (2) 하중 F로 인한 고무의 길이 변화를 구하시오. (6점)
  3. (3) E와 \nu가 어떤 조건일 때 고무의 길이가 변화하지 않는지 설명하시오. (4점)

제2문 (30점)

그림 (가)와 같이 A점에서 롤러지지 되고 B점에서 고정지지 된 길이 6m의 보 AB가 가운데 부분 C에서 최대 세기 q＝6kN/m인 좌우대칭의 삼각형 분포 하중을 받고 있다. 보의 단면은 균일단면으로 그림 (나)와 같은 T형이다. 보의 탄성계수는 E＝210GPa이다. 다음 물음에 답하시오. (단, 보의 자중은 무시한다) (총 30점)
[그림]
  1. (1) 양단 지지점에서의 반력을 구하시오. (10점)
  2. (2) 최대 굽힘 모멘트 값을 구하고, 그 위치를 구하시오. (4점)
  3. (3) 2)번 에서 구한 위치에서 단면의 최하면에서의 굽힘응력을 구하시오. (4점)
  4. (4) 최대전단력 값을 구하고, 그 위치를 구하시오. (4점)
  5. (5) 4)번 에서 구한 위치에서 중립축에서의 전단응력을 구하시오. (4점)
  6. (6) 중앙점 C(x＝3m)에서의 처짐 값을 구하시오. (4점)

제3문 (18점)

그림과 같이 상단이 고정되어 매달려 있는 균일 단면 봉에 자중과 하단 외력 500 kN이 작용하고 있다. 봉의 재료는 탄소성 거동을 한다고 가정하며, 이를 나타내는 응력－변형률(\sigma - \epsilon) 선도는 그림과 같다. 다음 물음에 답하시오. (단, 봉의 단면적 A＝100cm2, 단위중량 \gamma＝80kN/m3, 항복응력 \sigma_{{\mathrm{y}}}＝52MPa, E1＝100GPa, E2＝20GPa이다) (총 18점)
[그림]
  1. (1) 탄성구간과 소성구간이 구분되는 위치를 구하시오. (4점)
  2. (2) 탄성구간의 신장량을 구하시오. (4점)
  3. (3) 소성구간의 신장량과 봉의 하단에서의 수직 변위를 구하시오. (10점)

제4문 (20점)

그림과 같이 C점에 토크 T가 작용하는 복합 축에서 AB는 속이 꽉 찬 강철 봉이고, BC는 강철 튜브에 황동 코어가 완전히 접착되어 있을 때, 다음 물음에 답하시오. (단, L1＝0.9m, L2＝0.6m, d1＝0.024m, d2＝0.050m, 강철의 전단탄성계수 Gst＝80GPa, 강철의 항복전단응력＝160MPa, 황동의 전단탄성계수 Gbr＝40GPa, 황동의 항복전단응력＝120MPa이며, 탄성－완전소성 거동으로 가정한다) (총 20점)
[그림]
  1. (1) 봉 전체에서 소성 변형이 처음 발생하기 시작할 때의 토크 Te를 구하시오. (8점)
  2. (2) 토크 Te가 작용할 때, C점에 발생하는 최대 회전각 \phiC를 구하시오. (6점)
  3. (3) C점 단면이 전체적으로 소성상태에 도달하였을 때의 토크 Tp를 구하시오. (6점)

제5문 (16점)

그림과 같이 하단 고정, 상단 자유인 3차원 강재 기둥이 있다. 강재의 탄성계수는 200GPa, 항복강도는 250MPa일 때, 다음 물음에 답하시오. (총 16점)
[그림]
  1. (1) 그림 (가)에서 오일러 임계하중 Pcr을 구하시오. (6점)
  2. (2) 그림 (나)와 같이 집중하중과 모멘트가 A점에 작용할 때, 시컨트 공식을 사용하여 최대 압축응력을 구하고 응력에 대한 안전율 3을 고려하여 안전성을 판단하시오. (10점)