아낌없이 주는 나무

위 그림과 같이 막대가 바닥에 고정되어 있고 그 위로 당기는 힘이 작용한다고 하자. 외력 (External force)는 Fe라고 하고 이에 대응하여 물체를 지지하기 위한 반력(Reaction Force)를 Fr 이라고 하면 두 힘의 크기는 같게 된다.

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위 그림의 오른 쪽 부분은 막대의 일부분을 나타낸 것이다. 응력 (Stress)이란 단위 면적당 물체가 원래 형태로 돌아 가려고 하는 저항력을 말한다. 위, 오른쪽 그림과 같이 막대기의 절단면을 따로 떼어내 살펴보면 외력에 의해 동일한 힘 Fs 로 원래 상태로 되돌리려는 복원력이 생기게 된다. 즉, 이 힘은 변형시키려는 힘에 대응하여 견디려고 하는 힘인 내력이 된다. 정지된 상태를 유지하기 위한 내력 Fi가 동일하게 작용하게 된다. 이를 아래와 같이 표현할 수 있다.

∑ 응력 = 내력

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2. 응력 (Stress, σ)의 측정 및 사용 목적

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응력 (σ) 값은 다양한 분야에서 사용되며 해당 분야에 따라 다양한 분석과 응용이 이루어 진다.

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Structural Engineering and Construction : 응력값은 구조물이나 기계요소의 강도와 안정성을 평가하는데 사용된다. 응력값을 분석하여 부재의 최대 응력, 응력 분포 · 집중 등을 확인할 수 있다. 이를 통해 구조물의 강도를 검증하고 재료의 파괴 가능성이나 변형 가능성을 예측할 수 있다. 응력값 분석은 구조 설계, 재료 선택, 부품 제작 등 다양한 공학 응용에 활용된다.

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Manufacturing and Material Science : 응력값은 재료의 기계적 특성을 평가하는데 사용된다. 재료의 응력 변형 특성을 분석하여 인장강도, 굽힘 강도, 연신율 등을 평가할 수 있다. 이를 통해 적절한 재료 선택, 재료의 가공 공정 최적화, 구성요소의 재료 개선 등이 가능하다.

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Geotechniacl Engineering : 응력 값은 지반의 응력 상태와 안정성을 평가하는데 사용된다. 지반에 가해지는 응력을 분석하여 지진, 토사의 소용돌이 등의 자연재해로 부터 지반의 반응을 예측하고 토설 및 지반 안정성 설계 등에 활용된다.

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Biomechics and Biomedical Engineering : 응력값은 생체재료나 조직에서의 응력 분석에 사용된다. 예를 들어 인체 뼈나 조직에서 응력을 분석하여 부하에 대한 반응을 평가하고 인공장기 설계, 의학적 치료 기술 개발 등에 사용된다.

위 그림과 같이 열화상 촬영 등을 활용하여 온도에 따른 변위를 측정하여 Stress와 온도 사이의 관계를 분석하는 등, 응력을 측정하여 재료 분석에 활용할 수 있다.

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#응력 #전단력 #압력 #연신률 #변형 #인장응력 #인장강도

재료역학(材料力學, Mechanics of materials)은 고체역학(Solid mechanics)이라고도 불리는 개념으로, 고체 재료의 강도와 역학적 움직임을 다룬다. 건축물, 교량, 기계부품, 압축용기 등 뼈대를 형성하고 힘을 지탱하는 구조물은 모두 재료역학의 대상이 된다.

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재료역학의 주 목적은 구조물의 안전한 설계에 필요한 움직임 해석을 위해, 구조물 및 관련 물체에 작용하는 하중에 따른 응력, 변형, 변형률을 파악한다. 공학의 모든 분야에 있어 중요한 기초학문인 재료역학에 대해 알아 보자.

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우선 외부에서 주어지는 힘 즉, 외력(外力)이 작용하면 재료 내부에는 이에 저항하는 힘이 생기는데 이를 응력(stress)이라 한다. 응력이란 단위 면적당 작용하는 힘을 말하며, 같은 힘을 주더라도 힘을 받는 면적이 넓으면 응력은 작아지게 된다.

응력을 식으로 나타내면 다음과 같다.​

또한, 응력은 면에 수직으로 작용하는 성분과 면에 나란하게 작용하는 성분으로 나눠진다.

먼저 수직으로 작용하는 성분은 다시 2가지로 나뉘는데, 물체를 누를 때 생기는 응력을 '압축응력'이라고 하며 '압력'과 같은 의미이다. 반대로 잡아당길 때 생기는 응력을 '인장응력'이라고 한다. 예를 들어, 달콤한 엿을 망치로 내려치면 압축응력이 생기고, 반대로 엿을 양 손으로 잡아당기면 인장응력이 생긴다.

전단응력을 식으로 나타내면 다음과 같다.​

수직 성분과 달리 물체의 면에 나란히 작용하는 응력으로는 '전단응력(shear stress)'이 있다. 물체의 단면을 절단하는 힘이 작용해 면에 나란한 방향으로 작용하는 응력을 전단응력이라 한다. 예를 들어 두꺼운 책을 놓고 책 표지에 손바닥을 댄 다음 옆으로 밀었을 때 책의 옆면이 틀어지면서 직사각형에서 평행사변형 모양으로 바뀌는 것이 바로 전단응력과 전단응력에 의한 변형의 예이다.

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인장 응력에 의한 변화

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어떤 재료에 인장응력이 가해진다고 생각해 보자. 막대를 양쪽에서 잡아 당기면 용수철 처럼 힘에 비례해서 길이가 늘어난다. 여기서 늘어난 길이를 변형이라고 하며, 변형을 원래 길이로 나눈 상대적인 값을 변형률(strain)이라 한다. 예를 들어, 10cm였던 고무줄을 잡아 당겨서 15cm가 됐다면 늘어난 5cm만큼을 원래의 길이인 10cm로 나누는 계산법이며, 이 인장응력에 따른 변형률은 5 ÷10 = 0.5가 된다.

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응력과 관련한 유명한 법칙 중 하나인 ‘후크의 법칙(Hook’s law)’에 따르면 탄성범위 내에서 ‘응력(σ)과 변형률(ε)은 비례한다’고 한다. 즉 σ = Е ε라는 수식으로 나타낼 수 있다. 이 수식 중에 E는 비례상수로, 물질의 ‘탄성계수’라 하고 탄성계수가 큰 재료는 잘 늘어나지 않는 딱딱한 특성이 있다.

만약 재료를 세게 잡아당겨 응력이 탄성범위를 넘어서면, 재료는 원래의 상태로 돌아오지 못하게 된다. 고무줄을 적당히 잡아당겼다 놓으면 원래 모습으로 돌아가지만, 너무 세게 잡아 당기면 끊어져 버리듯이, 고체가 외부에서 탄성 한계 이상의 힘을 받아 형태가 바뀐 뒤, 가해지던 힘이 없어져도 더 이상 본래의 모양으로 돌아가지 않는 성질을 소성(塑性, plasticity)이라고 한다.

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응력이 항복점(降伏點, 탄성과 소성의 경계점)까지 넘어서면 재료는 엿가락처럼 늘어나게 되는데 이것을 ‘소성변화’라고 한다. 여기서 더욱 세게 잡아 당기면 재료는 늘어지며 목이 가늘어지는 네킹(necking) 현상이 발생하고 결국은 끊어지게 된다. 따라서 구조물을 설계할 때 재료에 주어지는 응력이 항복점을 넘지 않도록 유의해야 한다.

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반복 응력에 의한 피로와 파괴

항복점을 넘지 않더라도 응력이 반복해서 작용하면, 재료가 피로(fatigue)해져 파괴될 수도 있다. 철사를 이쪽저쪽으로 반복해서 구부리다 보면 결국 끊어지게 된다. 또 멀쩡하던 교량이 어느 날 특별한 이유 없이 무너지기도 한다. 이것은 반복 응력에 의한 재료의 피로 때문에 일어나는 현상이다.

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저항성이 높은 '2차 단면 모멘트'

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보통 구조물을 만들 때는 막대 형태의 재료(부재)가 가장 많이 쓰인다. 이 때 길이 방향으로 압축 힘을 받는 막대를 ‘기둥’이라 하며, 옆으로 놓여 수직 힘을 받는 막대를 ‘보’라고 한다. 또 비틀림을 받는 원통형 막대를 ‘축’이라 한다.

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부재료들의 역할은 다르지만 누르거나 당기거나 비트는 등 응력이 작용하는 방향이 다르더라도 한계를 넘으면 파괴된다는 점은 모두 같다. 아래 그림처럼 나무판 의자로 쓰인 수평 보는 앉은 사람의 몸무게를 받아 휘어지는데, 가장 큰 전단응력을 받는 가운데가 먼저 부러지기 쉽다. 보의 윗 부분은 압축응력을 받고, 아랫 부분은 인장응력을 받아 휘게 되는데 화살표와 같이 이렇게 일종의 회전방향의 성격을 가진 외력을 모멘트(moment)라고 한다. 예를들어, 양손으로 연필을 부러뜨리듯이 힘을 줄 때 그러한 힘을 모멘트라고 한다.

모멘트가 가해지더라도 이를 버틸 강도를 생각하면 두껍고 튼튼하게 만들어야겠지만, 가능하면 재료를 덜 쓰고 가볍게 만드는 것이 좋다. 이를 경량화 설계라고 하며, 보의 단면 모양을 적절히 설계함으로써 최소한의 재료로 튼튼한 보를 만들 수 있다.

우리는 주변 건물 공사장에서 ㄷ자나 H자형 철강 구조물을 흔히 볼 수 있는데 이러한 철강 구조물은 꽉 찬 사각 막대 보다 가벼우면서 강도도 높일 수 있다. 이유는 단면 2차모멘트(moment of inertia)가 크기 때문인데, 단면 2차 모멘트는 다른 말로 단면 관성 모멘트라고 하며 휨 또는 처짐에 대한 저항을 나타내는 단면의 성질을 말한다. 모멘트가 가해지는 보에서 응력은 재료의 중심선에서 멀어질수록 커진다. 따라서 그림에서 예를 든 H형강은 응력이 많이 발생하는 양 끝단에 질량을 집중함으로서 응력을 견디는 강성을 높일 수 있는 형태를 갖추게 된다.

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안정적인 삼각형 형태, 트러스 구조

트러스 구조는 교량이나 건축물 등 우리 주변에서 흔히 찾아볼 수 있다. 대표적인 트러스 구조물로 에펠탑이다. 에펠탑의 총책임자는 구스타브 에펠이었지만, 실제 구조설계는 당시 수석 엔지니어였던 모리스 쾨클랭이다.

쾨클랭은 당시 철탑에 대한 비판과 안정성 논란을 불식시키기 위해 오랜 고민을 했다. 고심 끝에 철골 부재를 연결하여 작은 삼각형을 만들고, 이것을 다시 연결하여 큰 삼각형을 만드는 대대적인 트러스 격자 구조를 고안했습니다. 이러한 트러스 격자 구조로 만들어진 에펠탑은 구조설계 측면에서 최고의 걸작품으로 인정받고 있다.

우리는 재료역학 덕분에 현대문명의 뼈대를 이루는 구조물에 대한 체계적인 설계가 가능해졌다. 아무리 복잡한 형상과 구조를 갖는 구조물일지라도 컴퓨터의 도움을 받아 응력과 변형에 대한 구조해석을 할 수 있다. 인공 구조물 뿐만 아니라 세상에 존재하는 형체가 있는 모든 물체는 구조를 가지고 있다. 특히 잎사귀 줄기, 나뭇 가지, 동물 뼈 등 생명체 구조물은 자신만의 독특한 모양과 구조를 유지하고 있는데, 신비스러운 것은 외부에서 주어지는 힘과 중력의 무게를 잘 견딜 수 있도록 최적의 경량화 설계가 되어 있다는 사실이다.

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#중량 #구조 #설계 #응력 #전단응력 #압력 #압축응력 #뼈대 #기둥 #보 #축

1. 응력 (Stress, σ) 이란 ?

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응력 (Stress, σ)은 외부로 부터 가해지는 힘 또는 압력에 의해 물질 또는 물체 내부에서 발생하는 내부력이나 압력을 나타내는 물리적인 양이다. 응력은 단위 면적당 내부 힘의 강도로 나타낸다. 응력은 단위 면적당 힘을 크기로 표현한다.

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응력은 외부의 힘, 온도 변화, 변형 등 다양한 외부 요인에 의해 발생한다. 이에 대응하는 응력은 물질이 외부 영향에 대해 어떻게 반응하는지를 나타내 주기도 한다.

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응력에는 다음과 같은 여러가지 유형이 있다.

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◈ 인장 응력 (Tensile stress) : 인장 응력은 물질을 늘리거나 길레 늘어나는 힘이 작용했을 때 나타난다. 물질의 길이 방향

                                                 으로 인장이 발생하며 양(+)의 응력값을 가진다.

◈ 압축 응력 (Compressive stress) : 압력 응력은 물질을 압축하거나 압착할 때 발생한다. 물질의 길이 방향에서 압축이

                                                           발생하며 음(-)의 응력값을 가진다.

◈ 전단 응력 (Shear stress) : 굽힘 응력은 굽힘 또는 휨 하중에 의해 인장 및 압축 응력이 복합적으로 작용하는 물체에

                                               발생한다. 물체의 볼록(인장) 및 오목 (압축) 면에서 발생한다.

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응력을 이해하는 것은 공학, 재료과학, 그리고 다양한 분야에서 구성요소, 구조물, 재료의 구조적 무결성, 성능, 안정성을 보장하기 위해 중요시 된다. 응력 분석을 통해 응력 분포와 그 영향을 평가하여 구조물과 재료를 설계, 평가, 최적화하고 안전한 한계 내에서 운영할 수 있도록 결정을 내릴 수 있다.

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응력 (σ)은 힘(F)를 면적 (A)로 나눈 값으로 표현한다.

위 그림과 같이 막대가 바닥에 고정되어 있고 그 위로 당기는 힘이 작용한다고 하자. 외력 (External force)는 Fe라고 하고 이에 대응하여 물체를 지지하기 위한 반력(Reaction Force)를 Fr 이라고 하면 두 힘의 크기는 같게 된다.

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위 그림의 오른 쪽 부분은 막대의 일부분을 나타낸 것이다. 응력 (Stress)이란 단위 면적당 물체가 원래 형태로 돌아 가려고 하는 저항력을 말한다. 위, 오른쪽 그림과 같이 막대기의 절단면을 따로 떼어내 살펴보면 외력에 의해 동일한 힘 Fs로 원래 상태로 되돌리려는 복원력이 생기게 된다. 즉, 이 힘은 변형시키려는 힘에 대응하여 견디려고 하는 힘인 내력이 된다. 정진된 상태를 유지하기 위한 내력 Fi가 동일하게 작용하게 된다. 이를 아래와 같이 표현할 수 있다.

∑ 응력 = 내력

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2. 응력 (Stress, σ) 측정 및 사용 목적

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응력 (σ) 값은 다양한 분양체서 사용되며 해당 분야에 따라 다양한 분석과 응용이 이루어 진다.

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Structural Engineering and Construction : 응력값은 구조물이나 기계요소의 강도와 안정성을 평가하는데 사용된다. 응력값을 분석하여 부재의 최대 응력, 응력분포, 집중 등을 확인할 수 있다. 이를 통해 구조물의 강도를 검증하고 재료의 파괴 가능성이나 변형 가능성을 예측할 수 있다. 응력값 분석은 구조 설계, 재료 선택, 부품 제작 등 다양한 공학 응용에 활용된다.

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Manufacturing and Material Science : 응력값은 재료의 기계적 특성을 평가하는데 사용된다. 재료의 응력 변형 특성을 분석하여 인장강도, 굽힘 강도, 연신율 등을 평가할 수 있다. 이를 통해 적절한 재료 선택, 재료의 가공 공정 최적화, 구성요소의 재료 개선 등이 가능하다.

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Geotechniacl Engineering : 응력 값은 지반의 응력 상태와 안정성을 평가하는데 사용된다. 지반에 가해지는 응력을 분석하여 지진, 토사의 소용돌이 등의 자연재해로 부터 지반의 반응을 예측하고 토설 및 지반 안정성 설계 등에 활용된다.

​

Biomechics and Biomedical Engineering : 응력값은 생체재료나 조직에서의 응력 분석에 사용된다. 예를 들어 인체 뼈나 조직에서 응력을 분석하여 부하에 대한 반응을 평가하고 인공장기 설계, 의학적 치료 기술 개발 등에 사용된다.

위 그림과 같이 열화상 촬영 등을 활용하여 온도에 따른 변위를 측정하여 Stress와 온도 사이의 관계를 분석하는 등, 응력을 측정하여 재료 분석에 활용할 수 있다.

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#응력 #전단력 #압력 #연신률 #변형 #인장응력 #인장강도

1. 이산화탄소 소화배관의 최고 사용압력이 5[MPa]이고 인장강도가 380 [MPa]인 압력 배관용 탄소강을 배관재료로 사용

     했을 경우 이 압력배관용 탄소강관의 스케줄 수를 산정하시오. (단, 안전율은 4이고 스케줄 수는 10, 20, 30, 40, 60, 80

     에서 선정한다)  [4점] ★★★★★​

   문제의 단서에서 스케줄 수는 60을 선정한다.

[해설] 스케줄 수 (Schedule No.)​​

  ※ 스케줄 수는 대개100 이하가 답이다. 보통 60, 80, 100 이 답이다.​

  ※ 문제의 단서에서 스케줄 수 60을 선정한다.

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2. 어느 배관의 인장강도가 200 [N/㎟]이고 내부 작업응력이 4 [MPa]이었다. 이 배관의 스케줄 수를 구하시오. (단, 안전율

     은 4이다) [4점) ★★★★★​

[해설] 스케줄 수 (Schedule No.)​

   ⊙ 인장강도 : 200[N/㎟]=200×10-3 × (1,000)2 =200,000 [kN/㎡]

   ⊙ 내부 작업 응력 : 4 [MPa] = 4,000 [kPa] = 4,000 [kN/㎡]​

3. 어느 배관의 인장강도가 20 [㎏f/㎟]이고 내부 작업응력이 40 [㎏f/㎠] 라면 이 배관의 스케줄 수는 얼마인가 ? (단, 안전율

      은 4이다) [4점] ★★★★★

  [풀이] ⊙ 인장강도 : 20 [㎏f/㎟] = 20 × 102 =2,000 [㎏f/㎠]

            ⊙ 내부 작업 응력 : 40 [㎏f/㎠]​

[해설] 스케줄 수 (Schedule No.) ​

   ⊙ 인장강도 : 20 [㎏f/㎟] = 20 × 102 [㎏f/㎠]

   ⊙ 내부작업응력 : 40 [㎏f/㎠]​

4. 어느 배관의 허용응력이 250 [MPa], 배관의 두께는 3[㎜], 배관의 길이가 1.5[m] 일 경우, 내부 압력 [MPa]을 구하시오.

     [4점] ★★★★★​

[해설] 내부 압력​

       여기서, σw : 허용 응력 [MPa],              P : 내부 압력 [MPa]

                    ℓ : 배관의 길이 [㎝]                   t : 배관의 두께 [㎝]

         ⊙ σw (허용응력) : 250 [MPa]

         ⊙ t (배관의 두께) : 3 [㎜] = 0.3 [㎝]

         ⊙ ℓ [배관의 길이) : 1.5 [m] = 150 [㎝]​

5. 내경이 2 [m] 이고, 길이가 1.5 [m]인 원통형 내압용기가 두께 3 [㎜]의 연경판으로 제작되었다. 용접에 의한 허용응력

     감소를 무시할 때 이 내압용기 내부에 허용할 수 있는 최고 압력 [MPa]을 구하시오. (단, 내압용기 재료의 허용응력

      σw = 250 [MPa]이다)  [4점] ★★★

[해설] 용기 내부에서 허용할 수 있는 최고 압력​

여기서, t : 용기의 두께 [㎜]

            P : 용기 내부에 허용할 수 있는 최고 압력 [MPa]

           D : 용기의 내경 [㎜]

           σw : 용기재료의 허용 압력 [MPa]

            E : 용접효율 [%]​

          ⊙ σw (용기재료의 허용압력) : 250 [MPa]

          ⊙ E (용접효율) : 문제의 조건에 없으므로 적용하지 않는다.

          ⊙ t (용기의 두께) : 3 [㎜]

          ⊙ D (용기의 내경) : 2 [m] = 2,000 [㎜]

              ∴ 용기 내부에 허용할 수 있는 최고 압력​

6. 특정 소방대상물에 옥내 소화전 설비 배관공사를 할 때 강관을 사용할 경우 배관의 이음 방법 3가지를 쓰시오 [3점]

     ★★★ (자주 출제)

  ① 나사 이음          ② 용접 이음                 ③ 플랜지 이음

[해설] 강관의 이음 방법

  가. 수계소화설비 : 나사 이음(접합), 용접 이음(접합) , 플랜지 이음(접합)

  나. 할로겐 화합물 및 불활성기체 소화설비

       ⊙ 나사 이음(접합), 용접 이음(접합) , 플랜지 이음(접합), 압축 이음 (접합)

<강관의 이음 방법>

 가. 나사 이음 (Screw joint)

   ① 관에 나사를 내어 연결시키는 이음

   ② 엘보(elbow), 티 (Tee), 십자 (Cross), 소켓(Socket), 니플(Nipple), 유니온(Unin), 캡(Cap) 등을 사용하여 접속한다.

 나. 용접 이음 (Welded joint)

   ① 방법 : 전기용전, 가스 용접

   ② 종류 : 맞대기 이음, 슬리브 이음, 플랜지 용접 이음

   ③ 장점

      ㉠ 유체의 저항손실이 적다.

      ㉡ 보온재의 시공이 용이하다.

      ㉢ 접합부의 강도가 강하다.

      ㉣ 누수의 염려가 적다.

      ㉤ 시설 유지 보수비가 절감된다.

 다. 플랜지 이음 (Flange joint)

  ① 용접 접합과 나사 접합이 있으며, 주로 용접접합을 사용한다. 용접 플랜지 접합은 파이프 내면도 접합하므로 파이프의

       길이는 플랜지의 접촉면 보다 파이프 두께 만큼 짧게 한다.

  ② 설치하는 경우

      ㉠ 두개의 직관을 이을 때

      ㉡ 두개의 기기를 접속할 때

      ㉢ 분해 · 교환 · 증설 또는 수리를 용이하게 하기 위해서

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7. 배관내의 온도의 변화에 따라 배관이 팽창 또는 수축을 하므로 배관, 기구의 파손이나 굽힘을 방지하기 위하여 신축

    이음을 한다. 이러한 신축 이음의 종류 5가지를 쓰시오.  [5점] ★★★★★ (자주 출제)

    ① 슬리브형         ② 벨로스형       ③ 루프형          ④ 스위블형          ⑤ 볼 조인트

[해설] 신축 이음

  가. 신축이음 : 온도 변화에 따른 배관의 신축으로 배관이 파손되는 것을 방지하기 위한 이음

  나. 신축이음의 종류

    ① 슬리브형 (Sleeve type)            ② 벨로스형 (Bellows type)

    ③ 루프형 (Loop type)                   ④ 스위블형 (Swivel type)

    ⑤ 볼 조인트 (Ball joint)

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8. 다음은 수계소화설비에 사용되는 부속품에 대한 설명이다. 가. ~ 바. 까지 알맞은 명칭을 쓰시오. [6점] ★★★★★

   가. 90 [˚] 각진 부분의 배관 연결용 이음쇠 : 엘보 (elbow)

   나. 직경이 서로 다른 관과 관을 접속하는데 사용하는 관 이음쇠 : 리듀셔 (Reducer)

   다. 대기압 이상의 압력과 이하의 압력을 측정할 수 있는 압력계 : 연성계

   라. 배관 내의 이 물질을 제거하기 위한 기기로서 여과망이 달린 둥근 통이 45 [˚] 경사지게 부착되어 있다.

          Y형 스트레이너(Strainer)

   마. 배관 도중에 설치하여 유체의 흐름을 완전히 차단 조정하는 밸브 : 게이트 밸브

   바. 원심펌프의 흡입관 아래에 설치하여 펌프가 기동할 때 흡입관을 만수 상태로 만들어 주기 위한 밸브 : 후드 밸브

[해설] 관 부속품

  가. 90˚ 엘보 : 90˚ 로 각진 부분의 배관 연결용 관 이음쇠

  나. 리듀셔 : 직경이 서로 다른 관과 관을 접속하는데 사용하는 관 이음쇠

  다. 연성계 : 대기압 이상의 압력과 이하의 압력을 측정할 수 있는 계기

  라. Y형 스트레이너 : 배관 내의 이 물질을 제거하기 위한 기기로서 여과망이 달린 둥근 통이 45˚ 경사지게 부착되어 있다.

  마. 게이트 밸브 : 배관 도중에 설치하며 유체의 흐름을 완전히 차단 또는 조정하는 밸브

  바. 후드 밸브 : 펌프의 흡입관 아래에 설치하여 펌프가 기동할 때 흡입관을 만수 상태로 만들어 주기 위한 밸브 (역류방지,

                          여과 기능)

​

9. 다음 배관 부속품 및 밸브의 종류에 관한 알맞은 답을 쓰시오. [8점] ★★★★★

  가. 유체 속에 포함된 불순물을 제거하여 이 물질이 유입하는 것을 방지하는 장치 : 스트레이너(Strainer, Y형 스트레이너 :

        45 ˚ 경사지게)

  나. 관속을 흐르는 유체의 방향을 45˚ 또는 90˚ 로 변경할 때 사용하는 관 이음쇠  : 엘보 (elbow)

  다. 지름이 서로 다른 관과 관을 접속하는데 사용하는 관 이음쇠 : 리듀셔

  라. 유체의 흐름 방향을 직각으로 바꿀 경우에 사용하는 밸브 : 앵글밸브 (Angle valve)

  마. 펌프의 순환배관 상에 설치되는 밸브로서 펌프의 체절압력 미만과 설정압력 사이에서 개방 · 작동되고, 사용자가 설정

        압력을 조정해서 사용하는 밸브 : 릴리프 밸브

  바. 밸브의 개폐 상태 여부를 용이하게 육안으로 판별하기 위한 밸브 : 개폐 표시형 밸브

  사. 배관 연결 부분에 가스킷 (Gasket)을 삽입하고 볼트로 체결하는 관이음 방법 : 플랜지 이음

  아. 펌프 성능 시험 배관의 유량 측정장치의 후단에 설치하는 밸브 : 유량조절밸브

  ※ 물을 사용할 때는 릴리프 밸브, 가스를 사용할 때는 안전밸브 라고 한다.

[해설] 관 부속품

  가. 스트레이너 (Strainer) : 유체 속에 포함된 불순물을 제거하여 이물질이 유입하는 것을 방지하는 장치

    ① Y형 스트레이너 : 45˚ 경사진 Y형 본체에 원통형 금속망을 넣은 것으로 유체에 대한 저항을 적게 하기 위하여 유체는

                                    망의 안쪽에서 바깥쪽으로 흐르게 되어 있으며  밑 부분에 플러그를 설치하여 불순물을 제거하게

                                     되어 있다.

    ② U형 스트레이너 : 주철재의 본체 안에 여과망을 설치한 둥근 통을 수직으로 넣은 것으로 유체는 망의 안쪽에서 바깥

                                      쪽으로 흐른다. 구조상 유체는 직각으로 흐름의 방향이 바뀌므로 Y형 스트레이너에 비하여 유체에

                                       대한 저항이 크나 보수 · 점검이 용이하며 주로 오일 스트레이너에 많이 쓰인다.

  나. 엘보(elbow) : 관속을 흐르는 유체의 방향을 45˚ 또는 90˚ 로 바꿀 때 사용하는 관이음쇠

  다. 리듀서 (Reducer) : 지름이 서로 다른 관과 관을 접속하는데 사용하는 관 이음쇠

  라. 앵글밸브 (Angle valve) : 유체의 흐름 방향을 직각으로 바꿀 때 사용하는 밸브

  마. 릴리프 밸브 (Relief valve) : 펌프의 순환배관 상에 설치되는 밸브로서 펌프의 체절 압력 미만과 설정된 압력 사이에서

                              개방 · 작동되고, 사용자가 설정 압력을 조절해서 사용하는 밸브

  바. OS & Y 밸브 (Outstem Screw & York valve) = 개폐표시형 밸브 주관로상에 사용하며 밸브 디스크가 밸브봉의 나사에

                             의하여 밸브시트에 직각 방향으로 개폐가 이루어지며 일명 "게이트 밸브"라고도 부른다.

  사. 플랜지 이음 (Flange joint)

    ① 용접접합과 나사접합이 있으며 주로 용접접합에 사용한다. 용접플랜지 접합은 파이프 내면도 용접하므로 파이프의

         길이는 플랜지의 접촉면 보다 파이프의 두께 만큼 짧게 한다.

    ② 설치하는 경우

       ㉠ 두개의 직관을 이을 때

       ㉡ 두개의 기기를 접속할 때

       ㉢ 분해 · 교환 · 증설 또는 수리를 용이하게 하기 위해

  아. 유량조절밸브 : 펌프성능시험 배관의 유량 측정장치 후단에 설치하는 밸브

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10. 소화설비에 사용되는 앵글밸브의 기능 및 글로브 밸브의 기능을 쓰시오. [5점] ★★ (한번 나옴)

  ① 앵글 밸브 (Angle valve) : 유체의 흐름을 차단하거나 유량을 제어하는 스톱밸브로서 밸브내에서 유체의 흐름방향이

                                               변하여 유체가 흐르는 방향에 따라 입구와 출구가 직각(90˚)인 밸브

  ② 글로브 밸브 (Glove valve) 유체의 흐름을 차단하거나 유량을 제어하는 스톱밸브로서 밸브 내에서 유체의 흐름방향이

                                               변하여 유체가 흐르는 방향에 따라 입구와 출구가 일직선상 (180˚)에 있는 밸브

[해설] 앵글밸브 · 글로브 밸브

  가. 앵글 밸브 (Angle valve)

     ⊙ 유체가 흐르는 방향에 따라 입구와 출구가 직각인 밸브

  나. 글로브 밸브 (Glove valve)

     ⊙ 유체가 흐르는 방향에 따라 입구와 출구가 일직선상에 있는 밸브

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11. 체크밸브의 종류를 크게 2가지로 분류하여 설명하시오. [4점] ★★★★★

  가. 리프트형 : 유체의 압력에 의해 밸브가 수직으로 올라가게 되어 있으며 밸브의 리프트는 지름의 1/4 정도이고 흐름에

                         대한 마찰저항이 크고, 수평배관에 주로 사용한다.

  나. 스윙형 : 핀을 축으로 회전하며 개폐되므로 유수에 대한 마찰저항이 리프트형 보다 작고 수직 · 수평 어느 배관에도

                         사용할 수 있다.

[해설] 체크 밸브 (Check valve)

  ▣ 유체의 흐름이 한쪽 방향으로 역류를 하면 자동적으로 밸브가 닫혀지는 구조의 밸브로서 리프트형(Lift type)과 스윙형

        (Swing type)이 있다.

  ① 리프트형 : 유체의 압력에 의해 밸브가 수직으로 올라가게 되어 있으며 밸브의 리프트는 지름의 1/4 정도이고, 흐름에

                         대한 마찰저항이 크고 수평배관에 주로 사용한다.

  ② 스윙형 : 핀을 축으로 회전을 하며 개폐되므로 유수에 대한 마찰 저항이 리프트형 보다 작고 수평 · 수직 어느 배관에도

                     사용할 수 있다.

12. 다음 밸브의 정확한 명칭 및 ①의 용도를 쓰시오. [4점] ★★★★★

  가. 명칭 : 스모렌스키 체크 밸브

  나. ① 의 용도 : 바이배프밸브를 열어 주면 2차측 배관의 물을 1차측으로 흐르게 할 수 있어 배관의 유지 보수가 용이하여

                           주배관에 주로 사용한다.

  ※ 체크 밸브 : 역류 방지기능, 스모렌스키 체크 밸브 : 역류방지 기능+바이패스 기능

[해설] 스모렌스키 체크 밸브

  가. 스모렌스키 체크 밸브

    ▣ 리프트형 체크 밸브 내에 디스크가 달려 충격을 완화시키는 작용을 하는 체크 밸브

  나. 스모렌스키 체크 밸브의 기능

    ① 역류방지 기능 : 유체의 흐름이 역류하면 자동적으로 밸브가 닫혀진다.

    ② 수격방지 기능 : 스모렌스키 체크 밸브 내에 스프링 및 완충깃이 설치되어 있어 수격작용(Water hammering)을 방지

                                  한다.

    ③ 바이 패스 기능 : 평상시에는 체크밸브 기능(역류방지기능)을 하며 바이패스 밸브를 열어 주면 2차측 배관의 물을

                                 1차측으로 흐르게 할 수 있어 배관의 유지 보수가 용이하며 주 배관상에 주로 설치한다.

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13. 다음은 소방용 배관 설계도면에서 사용하는 기호(심벌)을 도시한 것이다. 각각의 명칭을 쓰시오. [4점] ★★★★★

14. 다음 도시기호의 명칭을 쓰시오. [5점] ★★★★★

15. 다음 명칭에 대한 도시기호(심벌)을 그리시오 [6점] ★★★★★

16. 다음의 명칭을 도시 기호로 나타내고, 도시기호에는 해당 명칭을 쓰시오.  [4점] ★★★★★

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