개념 한 쪽
리벳이음은 판과 판을 결합하는 전통적 방법으로, 리벳 자체의 전단, 판의 인장(구멍 사이 절단), 리벳과 판의 국소 압축이라는 세 가지 주요 파괴형태를 고려하여 설계해야 한다. 리벳 단면적을 이용한 전단응력 계산과 피치·구멍지름을 이용한 판의 효율 계산이 빈출 유형이다. 보일러나 구조물의 내압·강도 문제에서는 공식 대입과 단위 변환을 정확히 수행해야 정답을 얻는다.
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출제기준 단원 「리벳」의 공개 문제 3개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.
| 묻는 꼴 | 문제 수 | 무엇을 묻나 |
|---|---|---|
| 보일러 내압 계산 | 1 | 내압 공식 대입과 단위 변환을 통해 사용압력 선택 |
| 리벳 파괴형태 판단 | 1 | 리벳이음 설계 시 주요 파괴모드를 식별 |
| 리벳 전단응력 계산 | 1 | 리벳 단면적 계산 후 하중으로 전단응력 구하기 |
리벳이음은 결합부의 하중 전달 경로와 파괴 모드를 명확히 이해하고 설계해야 신뢰성 있는 접합을 구현할 수 있다. 리벳 자체는 전단력에 의해 잘릴 수 있으며, 이 경우 리벳의 원형 단면적에 작용하는 전단응력을 하중을 단면적으로 나누어 구한다. 전단응력 계산은 하중을 리벳의 단면적(πd²/4)으로 나누는 절차로 이루어진다.
판의 인장 파괴는 리벳구멍 사이의 판이 찢어지는 형태로 발생한다. 이 경우 리벳 구멍이 뚫린 부분만큼 유효 단면적이 감소하므로, 피치(p)와 구멍 지름(d)을 이용해 유효 너비를 p−d로 잡아 전체 피치에 대한 비( p−d )/ p로 판의 효율을 산정한다. 설계 시 리벳 지름이 아닌 리벳 구멍 지름을 사용해야 함에 유의한다.
리벳과 판의 국소 압축 파괴는 접촉부에서 발생하는 압축 변형에 따른 손상을 의미한다. 이 세 가지 파괴형태(전단, 인장, 국소압축)는 리벳이음 설계의 기본 고려사항이며, 각각의 검사와 계산을 통해 어느 부분이 약한지를 판정한다.
계산 문제에서는 단위 변환 실수로 오답이 발생하므로 단위 단위를 일관되게 관리해야 한다. 예를 들어 면적 단위 변환(mm² ↔ cm²)과 같은 기초 변환을 확인하는 습관이 중요하다.
보일러 내압 문제: 내압 공식 P = (2 × σ × t × η) / D를 사용한다. σ=6kgf/mm², t=12mm, η=0.7, D=1000mm를 대입하면 0.1008kgf/mm²이 된다. 보기의 단위가 kgf/cm²이면 mm²→cm² 변환으로 100을 곱하여 10.08kgf/cm²가 되므로, 보기에서는 10에 해당한다. 공식 대입 후 단위 변환을 잊지 않아야 한다.
리벳 전단응력 계산 예: 원형 리벳 지름 d=18mm, 하중 P=1000N이면 단면적 A=πd²/4 ≈ 254.47mm²이다. 전단응력 τ = P / A ≈ 1000 / 254.47 ≈ 3.93 N/mm²가 되어 약 3.9 N/mm² 수준이 된다. 전단응력은 항상 하중을 전단면적으로 나눈 값임을 기억한다.
판 효율 계산 예: 피치 P=64mm, 리벳구멍 지름 d=17mm이면 유효너비는 64−17=47mm이고 효율은 47/64 ≈ 0.734로 약 73.4%가 된다. 리벳 지름과 구멍 지름을 혼동하지 않도록 주의한다.
두께 12㎜ 강판을 리벳이음으로 안지름 1000㎜인 보일러 동체를 만들었다. 강판의 허용인장응력을 6㎏f/mm², 리벳이음의 효율을 70%라 할 때 몇 ㎏f/cm²의 내압까지 사용할 수 있는가?
정답 ③ · 문항은 보일러 원통체의 허용 내압을 보일러 두께·허용응력·리벳효율로 계산하라는 문제이다. 원통의 내압식 P = (2σ t η)/D에 값을 대입한다: σ=6 kgf/mm², t=12 mm, η=0.7, D=1000 mm → P = 2×6×12×0.7 /1000 = 0.1008 kgf/mm².
내압 공식 P=(2σtη)/D에 대입하면 약 10.08kgf/cm²로 10이 정답이다.
리벳이음의 강도설계시에 주로 고려되는 리벳이음의 세가지 파괴형태로 가장 적합한 것은?
정답 ① · 문제는 리벳이음에서 주로 고려되는 세 가지 파괴형태를 묻고 있다. 대표적 파괴형태는 리벳의 전단, 리벳구멍 사이 판의 절단(인장파괴에 해당), 그리고 리벳 또는 리벳구멍의 국소 압축 파괴로 정리된다.
리벳이음의 주요 파괴 형태는 리벳 전단, 판의 인장(구멍 사이 절단), 리벳/판의 국소 압축이다.
판의 두께가 12mm, 지름이 18mm인 겹치기 리벳이음에서 약 1000N의 하중이 작용할 때 리벳에 생기는 전단응력은 약 몇 N/mm²인가?
정답 ④ · 리벳에 발생하는 전단응력 τ는 작용하는 하중 P를 리벳의 단면적(전단 면적) A로 나누어 구합니다. 단일 리벳이음이므로 전단 면적은 리벳의 단면적 A = π × d² / 4 입니다.
전단응력은 하중을 전단 면적으로 나눈 값이며, 리벳 단면적은 지름의 제곱에 파이/4를 곱한 값이다.
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