	기계구조해석설계_L4

□ 종목의 정의

기계구조해석기술자는 기계의 구조해석과 설계를 하는 능력이 필요한 자격직종이다.

□ 필수능력단위

대분류	중분류	소분류	세분류	능력단위
15.기계	01.기계설계	01.설계기획	01.기계설계기획	05. 설계조건분석
		02.기계설계	01.기계요소설계	01. 2D 도면작성
				03. 도면해독
			02.기계시스템 설계	04. 형상모델링
			03.구조해석설계	01. 해석용모델링
				02. 정적구조해석
				03. 열응력해석

□ 합격기준

구 분		비 율(100%)	합격기준(100점)
1차평가		40%	60점 이상 합격
2차평가		60%

□ 1차 평가(지필) 개요

구 분		시험시간	문제 형별	문제수	문항당 배점
지필평가		시간	단답형	20문항	2점
			약술형	20문항	3점

□ 1차 평가(지필) 문제 유형

가. 단답형

1) 진위형 : 하나의 진술문을 제시하고 진위 또는 정오를 판단하게 하는 문항

2) 순수단답형 : 주어진 문제에 대해 간단한 문장, 단어, 기호 등으로 직접 써서 답하는 문항
3) 완성형 : 문제의 내용 중 빈칸에 해당하는 적합한 단어, 기호 등을 쓰도록 요구하는 문항
4) 연결형 : 일련의 전제와 답지 중 관계가 있는 것끼리 연결하도록 요구하는 문항
5) 선다형([보기] 제시형) : 주어진 문제의 답을 제시된 [보기]에서 선택하는 문항

나. 약술형

1) 논술형 : 주어진 문제에 대하여 형식에 구애됨 없이 자유롭게 기술하도록 요구하는 문항

2) 복수의 단답형 : 여러 개의 단답을 요구하는 문항

3) 계산형 : 주어진 조건에 의해 수식을 이용하여 계산과정을 기술하고 답안을 작성하는 문항

※ 종목 및 수준에 따라 상기 유형의 비율이 상이하거나 전체 유형이 출제되지 않을 수 있습니다.

[1차 평가(지필) 문제 유형 예시]

□ 단답형

◯ 진위형

문항) 다음 설명의 내용이 옳으면 ○, 틀리면 ×를 (   ) 안에 써 넣으시오.

재료 기호 “SS400” 의 명칭은 일반 구조용 압연 강재이다. ……… (   )

정답) ○

◯ 순수단답형

문항) 도면을 제작하는 방법으로서 어떤 물체에 평행광선을 비추어 스크린(투상면)에 나타난 물체의 형상, 크기, 위치 등을 일정한 방향에 따라 표시하는 방법을 무엇이라 하는지 쓰시오.

정답) 투상법

◯ 완성형

문항) (   ) 안에 들어갈 용어를 쓰시오.

(      )은/는 3차원의 응력상태를 단축응력상태에 상당시킨 응력이다. 이 값이 단축항복응력에 이르렀을 때 항복이 일어난다고 생각하며, 모델의 항복을 검사하는데 중요한 역할을 한다. 주응력이 vector로서 크기와 방향을 가진다면 이 값은 스칼라로서 크기만을 가진다. 복잡한 3차원형상에서는 주응력으로 항복이나 파단을 판단하기 힘들므로 이 값을 가지고 크기만으로 판단하게 된다.

정답) 등가응력 혹은 Von Mises 응력

◯ 연결형

문항) 다음 국제표준 및 이를 관할하는 단체를 서로 맞는 것끼리 연결하시오.

가. SAE	∙		∙	a. 미국 자동차 기술학회
나. DIN	∙		∙	b. 유럽연합
다. ASME	∙		∙	c. 미국 기계 학회
라. EN	∙		∙	d. 독일 규격 협회

정답) 가-a, 나-d, 다-c, 라-b

◯ 선다형 ([보기] 제시형)

문항) 2D 도면을 작성할 때 사용하는 치수의 배치방법을 3가지만 [보기]에서 골라 쓰시오.

[보기] 직렬치수기입법, 직접치수기입법, 누진치수기입법, 좌표치수기입법, 정렬치수기입법

정답) 직렬치수기입법, 누진치수기입법, 좌표치수기입법

□ 약술형

◯ 논술형

문항) 해석조건 입력에서 재료물성 정보를 확인하는 것이 필요하다. 재료물성값 중에서 탄성계수(영계수, Young’s Modulus)에 대해서 설명하시오.

정답) 응력과 변형률 사이의 관계를 나타내는 계수

◯ 복수의 단답형

문항) 도면에 일반적으로 마련하는 양식을 3가지만 쓰시오.

정답) 윤곽선, 표제란, 중심마크, 재단마크, 구역표시

◯ 계산형

문항) 지름 4cm의 원형 단면봉에 4000 N의 인장하중이 작용할 때 이 봉에 발생하는 인장응력(N/cm2)을 구하시오.

계산과정)   하중 [eqn: P=4000N],  직경 [eqn: d=4cm`,``A= {pi } over {4} TIMES 4 ^{2} =12.56cm ^{2}]

[eqn: sigma _{t} = {P} over {A}]에서 [eqn: sigma _{t} = {4000} over {12.56} =318.5N/cm ^{2}]

정답) [eqn: 318.5N/cm ^{2}]

□ 2차 평가 개요

과 제 수		과 제 명	시험시간	비 고
제1과제		∙ 3D 형상모델링	60 분 정도
제2과제		∙ 정적구조해석 및 열응력해석	120 분 정도
제3과제		∙ 기술면접	10 분 정도
배점 및 시간		100점(60%)	190 분 정도 ( 3시간 10분 정도)

[2차 평가(작업형) 시행자료]

◯ 지급재료 목록

재료명	규격	단위	수량	비고
용지	A4	장	5

◯ 수험자 지참공구 목록

공구명	규격	단위	수량	비고
흑색볼펜	사무용	EA	1	기타 필기도구 지참 가능
계산기	공학용	EA	1
※ 평가장소 시설목록에 설치된 모델링 및 해석 S/W 가 원하는 사양이 아닐 경우 수험자가 원하는 S/W를 시험장에 설치하여 작업할 수 있습니다.

◯ 시설 및 장비 목록

시설ㆍ장비명	규격	단위	수량	비고
컴퓨터시스템	CPU 동작속도 2GHz 이상 Ram 4GB 이상	대	1	모델링 및 해석 프로그램이 원활히 수행 가능한 컴퓨터 환경일 것 (수험자 1인당)
모델링 S/W	3D 모델링 작업용	copy	1	(수험자 1인당)
해석 S/W	구조 해석 및 열응력 해석용	copy	1	구조해석, 열전달을 연계한 열응력해석이 수행 가능한 S/W (수험자 1인당)
컬러 프린트	A4출력(컬러 출력)	대	1
저장매체	16GB	EA	1
Power Point	보고서 작성용	copy	1	(수험자 1인당)

※ 과제에 따라 지급재료, 수험자 지참공구, 주요 시설 및 장비 목록은 상이할 수 있습니다.

[2차 평가(작업형) 문제 예시]

1. 1과제 요구사항

[ 3D 형상 모델링 과제 ] - 평가시간 : 1시간

1) 주어진 도면을 참고하여 CAD S/W로 3D 모델링 작업 후 렌더링 등각 투상도를 보고서 양식에 따라 나타내시오.

- 모델의 특징이 잘 나타나는 등각 View를 선정하여 나타내시오.

2) 모델링 파일은 S/W 기본 파일과 STEP 파일로 변환하여 모두 제출하시오.

3) 모델의 부피(Volume, mm3)를 구하여 보고서에 작성하시오.

4) 보고서 작성 후 작업한 파일(보고서 포함)을 감독위원 USB에 저장하여 제출하고, 보고서를 컬러로 출력하여 확인 후 제출하시오.

2. 2과제 요구사항

[ 정적구조해석 및 열응력해석 과제 ] - 평가시간 : 2시간

가. 정적구조해석

※ 주어진 형상모델 DATA를 활용하여 지시된 방법에 따라 해석 작업을 수행하시오.(형상모델은 1과제 수행한 과제의 step 모델을 제공)

※ 보고서 작성할 때 필요한 그림 캡처는 주어진 모델 기준으로 결과가 잘 나타날 수 있는 등각 Veiw로 나타내시오.

※ 각종 결과값은 지시한 단위를 기준으로 유효숫자 3자리 이상 쓰시오.

1) 해설모델에서 해석과정에 큰 영향을 주지 않는 형상을 제거하여 해석모델(Mesh)을 생성하시오.(해석 모델 간소화)

- 기본 Mesh Size는 ?? mm 로 설정하고, Hole, Corner Fillet 등 응력이 집중되는 곳에는 Mesh 품질이 Fine하게 작업할 것

- 요소(Element)는 사면체 요소를 사용할 것

(2nd order Element : 절점의 개수가 10개 )

- 부품의 재질정보는 다음 재료 물성표를 이용하여 해석에 필요한 정보를 입력할 것

Material Properties	??????
Mass Density (RHO)	??????? (kg/mm3)
Young's Modulus (E)	??????? GPa
Poisson's Ratio (NU)	???????
Yield Strength	??????? MPa
Ultimate Tensile Strength	??????? MPa
Thermal Expansion Coefficient	??????? (1/℃)
Thermal Conductivity	??????? (μW/mm∙℃)

2) 아래 형상과 다음 고려사항을 참조하여 경계조건(하중조건, 구속조건)을 부여하고 해석을 수행하시오.

[ 문제 그림 및 경계조건 제시 ]

3) 정적구조해석을 수행하고 그 결과를 보고서 양식에 따라 작성하시오.

- 유한요소모델 작업 보고서 작성 사항

a. 원형 모델 등각 View	b. 해석 간소화 모델 등각 View

c. 유한 요소 모델 등각 View	d. Node(절점) 개수

a. Element(요소) 개수	f. 사용 소프트웨어 이름

※ 유한 요소 모델은 Mesh 형상이 나타나야 함

- 해석 결과 보고서 작성 사항

a. 지시된 경계조건이 적용되어 나타난 등각 View

(경계 조건에 대한 표현은 사용하는 S/W에서 제공하는 기능 이용)

b. 경계조건 항목 리스트(적용한 경계조건을 간략하게 명시)

c. 변형량의 최대값과 그 방향 및 크기를 확인할 수 있는 View

(변형전 형상/변형후 형상을 동시에 표시하도록 캡처하여 보고서 Template에 삽입하고, 변형량 최대값을 작성할 것)

d. 발생하는 Von Mises Stress 최대값과 그 위치 및 크기를 알 수 있는 View(발생 응력의 최대값이 위치한 곳을 확인할 수 있는 형상을 캡처하여 보고서에 삽입하고 최대 응력값을 작성할 것)

e. 항복강도를 기준으로 한 안전율(Safety Factor)

나. 열응력해석

※ 열응력해석에 사용하는 해석모델은 정적구조해석에서 사용한 해석모델을 사용하시오. (해석모델(유한요소모델)은 한번만 작업)

※ 열변형에 의한 열응력 해석을 위해 주어진 2단계 과정에 따라 작업하시오. ( 1단계 : 열전달 해석 → 2단계 : 열응력 해석 )

1) 열전달해석을 수행하고 그 결과를 보고서 양식에 따라 작성하시오.

- 해석 대상의 ??????면 온도는 ????? ℃의 정상상태로 적용할 것

- 해석 대상의 ???????????에 대하여 다음과 같이 대류 경계 조건을 적용할 것

- 외부의 주변온도는 ??????℃로 적용

- 대류열전달계수는  ???????? W/mm2∙℃로 적용

- 해석 결과 보고서 작성 사항

a. 지시된 경계조건 적용되어 나타난 등각 View

(경계 조건에 대한 표현은 사용하는 S/W에서 제공하는 기능 이용)

b. 열전달해석 결과 나타난 온도 분포 등각 View

c. 열전달해석 결과 대상물의 온도 분포 범위 : 최소값 ~ 최대값

2) 열응력해석을 수행하고 그 결과를 보고서 양식에 따라 작성하시오.

- 초기온도는 ??????℃를 적용할 것

- 열전달 해석결과로 나타난 배관의 온도구배(온도분포)와 구속조건에 의해 발생하는 응력을 평가하기 위해 다음과 같은 과정으로 구조해석을 수행할 것

- 변위 구속 : 정적구조해석의 구속조건과 동일하게 적용

- 온도(하중) : 열전달 해석결과에서 나온 온도결과를 S/W별 Pre Load 기능 또는 온도 Mapping기법을 이용하여 적용

- 해석 결과 보고서 작성 사항

a. 지시된 경계조건 적용되어 나타난 등각 View

(경계 조건에 대한 표현은 사용하는 S/W에서 제공하는 기능 이용)

b. 경계조건 항목 리스트(적용한 경계조건을 간략하게 명시)

c. 변형량의 최대값과 그 방향과 크기를 확인할 수 있는 View

(변형전 형상/변형후 형상을 동시에 표시하도록 캡처하여 보고서 Template에 삽입하고, 변형량 최대값을 작성할 것)

d. 발생하는 Von Mises Stress 최대값과 그 위치와 크기를 알 수 있는 View(발생 응력의 최대값이 위치한 곳을 확인할 수 있는 형상을 캡처하여 보고서에 삽입하고 최대 응력값을 작성할 것)

e. 항복강도를 기준으로 한 안전율(Safety Factor)

2. 수험자 유의사항

※ 다음 유의사항을 고려하여 요구사항을 완성하시오.

1) 2차 평가는 3D 모델링 과제와 정적구조해석 및 열응력해석 과제 그리고 면접 과제로 구성되어 있으며 이를 모두 응시하여야 합니다.

2) 3D 형상 모델링 과제는 주어진 도면을 참고하여 모델링을 수행한 후 보고서와 함께 작업한 파일을 감독위원이 제시한 저장매체에 저장하여 제출합니다.

(제출자료 : 모델링 파일, 보고서 파일)

3) 구조해석 및 열응력 해석은 주어진 해석절차와 경계조건을 활용하여 해석을 수행하고 보고서를 작성하며, 관련 파일을 감독위원 저장매체에 저장하여 제출합니다.

(제출자료 : S/W별 해석 수행 파일, 결과 파일, 보고서 파일)

4) 작업결과는 파워포인트 프로그램을 이용하여 제공된 보고서 양식에 따라 작성하여야 합니다.

- 사용 폰트 및 글자 크기는 제공된 양식에 맞추어 사용하시기 바랍니다.

- 부피 결과는 보고서 양식의 단위에 맞추어 작성하시기 바랍니다.

- 작성 결과는 유효숫자를 3자리 이상 작성하시기 바랍니다.

5) 보고서 양식에 따라 수험번호, 성명을 작성하고 보고서(1페이지)를 출력하여 제출할 결과를 확인 후 감독위원 확인란에 감독위원의 확인 서명을 받습니다.

- 출력시간은 시험시간에 포함하지 않으며, 감독위원의 확인 서명이 없는 보고서는 채점하지 않습니다.

6) 정전 또는 멈춤으로 인한 자료손실을 방지하기 위하여 수시로 저장하셔야 합니다.

< 과제 도면 예시 >