平成１５年度　技術士第一次試験（機械部門）問題
	択一キーワード分析 出題分野 キーワード 問題番号 材料力学 工業材料の性質と機能 1 材料力学 真応力と真ひずみ 2 材料力学 せん断応力とひずみ 3 材料力学 熱応力 4 材料力学 曲げ 5 材料力学 疲労 6 機械力学 質点系の力学 7 機械力学 運動の法則 8 機械力学 減衰系 9 機械力学 運動の法則 10 機械力学 質点系の力学 11 機械力学 共振 12 流体力学 状態方程式 13 熱力学 熱機関 14 熱力学 熱伝導 15 流体力学 相似則 16 流体力学 ベルヌーイの式 17 流体力学 ベルヌーイの式 18 制御工学 計算機アーキテクチャ 19 制御工学 電気／電子回路 20 制御工学 不確かさと精度 21 機械力学 音響／波動 22 制御工学 特性方程式 23 制御工学 伝達関数とフィードバック制御 24 機械システム 機械設計 25 材料力学 応力集中 26 材料力学 曲げ 27 機械システム 加工機械 28 機械システム 切削法 29 機械システム CAD/CAM/CAE 30
	問題１ 材料に関する次の説明で適切な用語記号を選んだ組合せはどれか。 ア．鋳鉄が共晶近傍の組成を持つのは主に、（Ａ．融点　Ｂ．耐熱強度）が低いからである。 イ．ステンレススチールは、（Ａ．マグネシウム　Ｂ．クロム）やニッケルを含む耐食性高合金鋼である。 ウ．金属の結晶構造が温度によって変わることを（Ａ．変態　Ｂ．置換）という。 エ．球状黒鉛鋳鉄は，片状黒鉛の持つ（Ａ．応力集中効果　Ｂ．残留応力）が緩和されている． オ．金属の結晶粒が小さくなると降伏点が上昇する現象は、（Ａ．Hall-Petch　Ｂ．Arrhenius）の式で表されている。 カ．冷蔵庫から取出し火にかけるとガラスポットがすぐに亀裂を生じるのは、（Ａ．焼き入れ　Ｂ．熱衝撃）によるものだが、金属ではほとんど見られない現象である。 キ．弾性的に曲がりにくい性質を（Ａ．降伏強度　Ｂ．弾性係数）という。 ク．軽くて強い材料の性質は、（Ａ．比強度　Ｂ．弾性係数）で表きれる。 ケ．曲げでひずみが零になる面を（Ａ．中心線　Ｂ．中立面）という。 ア イ ウ エ オ カ キ ク ケ �@ Ｂ Ｂ Ａ Ｂ Ａ Ｂ Ｂ Ｂ Ｂ �A Ａ Ｂ Ａ Ａ Ａ Ｂ Ｂ Ａ Ａ �B Ａ Ａ Ｂ Ｂ Ｂ Ａ Ｂ Ｂ Ａ �C Ｂ Ａ Ｂ Ａ Ａ Ａ Ｂ Ａ Ａ �D Ａ Ｂ Ａ Ａ Ａ Ｂ Ｂ Ａ Ｂ 問題２ 次のうち、弾性域と塑性域における応力-ひずみ関係を示すものを選べ。 �@フックの法則とｎ乗硬化則 �Aフックの法則と降伏条件（弾性破損条件） �Bフックの法則とカスチリアーノの定理 �C降伏条件（弾性破損条件）とｎ乗硬化則 �D降伏条件（弾性破損条件）とカスチリアーノの定理 問題３ 2枚の金属板（幅ｗ=50mm、厚 ｔ=2mm、 長Ｌ=200mm）を2本のリベット（直径ｄ＝８mm、並列）で重ね合わせ接合した部材がある。この長手方向にＰ=１ｋＮの引張り荷重が作用するとき、１本のリベットに生じるせん断応力τの概略値を求めよ。 �@１N/mm2 �A２．５N/mm2 �B５N/mm2 �C１０N/mm2 �D２０N/mm2 問題４ 10℃で、剛体壁間に設置した長さＬ=５m、一辺ｂ=５０mmの角形鋼（線膨張係数α=10x10-6/℃、弾性係数Ｅ=20x104N/mm2)の温度が６０℃まで上昇した。壁に作用する力を計算せよ。 �@25kN �A250kN �B500kN �C100N/mm2 �D100kN/mm2 問題５ 図のように先端から半分に一定の分布荷重をｑを受けている片持ちはりがある。このはりのせん断力図（ＳＦＤ）と曲げモーメント図（ＢＭＤ）の正しい組合せを選べ。 ＳＦＤ ＢＭＤ �@ �A �B �C �D 問題６ 疲労試験のS-N曲線に関して明らかに誤っているものを選べ。 �@S-N曲線は縦軸に応力振幅値、横軸に破断までの繰り返し数の関係を示したものである。 �A繰り返し数がある値以上になると振幅は一定になる。 �B繰り返し数が大きくなっていくと応力振幅も大きくなる。 �C鋼材の疲労限度はおよそ107回以上で与えられる。 �D疲労限度とは無限界の繰り返しに耐える応力振幅の下限値である。 問題７ 図のように水平とθ１、θ２の角度をなす２つの斜面に質量ｍ１、ｍ２の２つの物体が滑車を介して質量の無視できる糸で接続されている。いずれの斜面の動摩擦係数もμとしてｍ１＞ｍ２、θ１＞θ２としたときに斜面を運動する質量ｍ１の物体の加速度αは次のどれになるか。なお、重力加速度をｇとし、糸の伸びは無視する。 問題８ 図に示すように浅い窪みや緩い丘を通る道路がある。車を走行させている運転手はブレーキをかけて一定の加速度で減速した。その結果、Ａ点を時速１００km/hで通過し、Ａ点から120ｍはなれた丘のＣ点での速度は５０km/hとなった。Ｃ点での曲率半径を１５０ｍとする。次の中から誤っているものを選べ。 �@走行方向の減速度（接線方向の負の加速度）は、ａ１＝(VC2-VA2)/(2L)で計算できる。ここにＬはＡ，Ｂ間の距離（＝Ｂ，Ｃ間の距離）であり、ＶＡ、ＶＣはＡ点とＣ点での速度である。 �AＣ点における接線方向と求心方向の合加速度は上記�@の接線方向の加速度ａ１に一致する。 �BＣ点における接線方向と求心方向の合加速度は上記�@の接線方向の加速度ａ１と求心方向の加速度ａｎのベクトル和である。 �CＣ点における曲率半径は上記�@のａ１に影響を及ぼさない。 �D求心加速度が０の地点がＡＣ間に存在する。 問題９ 図のように、ばね定数ｋのばねで防振支持された質量ｍの機械がある。この基礎がx0=Asinωt()で周期的に振動するとき、この機械の振幅がＡに等しくなるｋの値は次のどれか。ただし、ばねの質量は無視できるものとする。 �@k=sinωt �Ak=mω2/2 �Bk=2/(ω2m) �Ck<mω2/2 �Dk>mω2/2 問題１０ 質量ｍ、半径ｒの円柱が一定回転しており、このときの回転速度をω0とする。図のように、円柱の中心方向にブレーキにより力ｆを作用させるとき、停止するまでの時間ｔを次から選べ。ただし、動摩擦係数をμとし、円柱の慣性モーメントをIとする。 �@Iω0/(μｆｒ） �AIω0ｒ/（μｆ） �Bω0ｒ/（μｆI） �C２μｆ/(ｍｒω0) �Dmrω0/(μｆ） 問題１１ 図のように剛体棒がＯ点で固定された質量ｍの振子を考える。重力加速度をｇ、棒の重心ＧのＯ点からの距離をａとし、剛体棒の重心回りの慣性モーメントをＩｇとして次の中から誤ったものを選べ。 �@剛体棒のＯ点回りの慣性モーメントＩ０は、Ｉ０＝Ｉｇ＋ｍａ２である。 �A振子の振れ角が小さいとき系の運動方程式はＩ０・d2θ/dt2＝−ｍｇａθとなる。 �B振子の振れ角が小さいとき系の固有振動数ｆは、ｍｇａ/Ｉｇの平方根に比例する。 �C振子の振れ角が小さいときは振れ角によらず、周期は一定となる。 �DＩ０→ｍａ２、ａ→ｌとすれば質量ｍ、長さｌの単振子の振動が表現できる。 問題１２ 回転体の危険速度に対して誤った記述を選べ。 �@危険速度は回転体に大きな振れ回りを誘起する回転体の角速度を言う。 �A回転体の危険速度は回転体の固有振動数とは無関係である。 �B回転体の回転中心と重心を一致させれば危険速度でも振れまわりは生じない。 �C危険速度における振れ回りを小さくするには、例えば穴をあけるとか、質量を負荷する方法が考えられる。 �D危険速度以上で回転させるには、できるだけ速やかに危険速度を通過させる必要がある。 問題１３ 0.123MPa、288Kの空気5kgを0.617MPaまで圧縮するとき、n=1.33のポリトロープ変化を行うものとして、次のうちで間違っているものを選べ。ただし、答えの数値は小数点以下２桁を四捨五入してある。ここで、定容比熱の値は0.72kJ/(kg・K)、空気のガス定数は287J/(kg・K)、5（1.33-1）/1.33=1.5とする。 �@温度の変化は144Kである。 �A圧縮仕事は-6.2x102kJである。 �B伝熱量は1.1x102kJである。 �Cエンタルピーの変化は6.2x102kJである。 �D内部エネルギーの変化は5.2x102kJである。 問題１４ 次の熱機関に関する文章で誤っているものを選べ。 �@多くの内燃機関の排熱工程（冷却工程）は、シリンダー内の燃焼ガスを新気と入れ替えることで行われるため、等圧変化と近似できる。 �Aオットーサイクルとディーゼルサイクルの違いは、給熱（熱入力）行程が等積変化か等圧変化かの違いである。 �B理想熱機関の熱効率は、給熱源（高温熱源）の温度が高く、排熱源（低温熱源）の温度が低いほど高い。 �C火力発電所などで用いられる蒸気タービンの動作を単純化・理想化したものがランキンサイクルであり、ガスタービンの動作を理想化したものがブレイトンサイクルである。 �D蒸気機関のように作動媒体の相変化を伴う熱機関は、給排熱（加熱・冷却）がほぼ一定温度で行えるため、理想サイクルに近い動作をする。 問題１５ 煉瓦でできた厚さ０．１ｍの大きな壁があり、その一方の表面は温度580℃の燃焼ガスに、他方の表面は温度２０℃の大気にさらされている。煉瓦の熱伝導率を０．１Ｗ／（ｍＫ）、燃焼ガス側の表面の熱伝達率を５０Ｗ／（ｍ２Ｋ）、大気側の表面の熱伝達率を１０Ｗ／（ｍ２Ｋ）とするとき、壁両表面の温度と壁を通して燃焼ガスから大気へ伝えられる熱流束を最も適切に表す組合せを選べ。 燃焼ガス側表面温度 大気側表面温度 熱流束 �@ ５８０℃ ２０℃ ５６０Ｗ／ｍ２ �A ５７５℃ ５０℃ ５２５Ｗ／ｍ２ �B ５７０℃ ７０℃ ５００Ｗ／ｍ２ �C ５６５℃ ９０℃ ４７５Ｗ／ｍ２ �D ５６０℃ １１０℃ ４５０Ｗ／ｍ２ 問題１６ 流れの相似則について間違っているものを選べ。 �@力学的相似は幾何学的および運動力学的相似が成り立つ現象で相対応する点に作用する力の比が等しくなければならないことを示している。 �Aレイノルズ数は流れの支配的な力が慣性力と粘性力である場合に用いる。 �B比速度は無次元数である。 �Cフルード数では流れの支配的な力が慣性力と重力である。 �Dマッハ数の二乗は慣性力と弾性力の比に比例する。 問題１７ ノズルから水平とθの角度で上向きに水が放出されている。ノズル出口での流速をV、重力加速度をgとするとき、水はノズル出口からどれだけの高さまで上がるか求めよ。 問題１８ ピトー管について間違っているものを選べ。 �@乱れのある流れの中に置かれたピトー管の動圧は乱れのために大きくなる。 �A圧縮性流体ではピトー管により測定された速度に対してはマッハ数の影響を考慮して補正しなければならない。 �Bピトー管の頭部の影響と支柱の影響が打ち消し合うように形状を定めたものを標準ピトー管と呼ぶ。 �C標準ピトー管では管軸と流れのなす角度が１５度以内では正しい値を示すと考えてよい。 �Dピトー管はレイノルズ数への依存性は無い。 問題１９ 次の文章の空欄にあてはまる語句の組み合わせとして正しいものを選べ。 　コンピュータは、命令を解読して各装置に指令を出す（ア）装置、プログラムやデータを読み取り処理結果を取り出す入出力装置、プログラムやデータを蓄える（イ）装置、計算や比較などを行う（ウ）装置から構成される。 ア イ ウ �@ 入力 記憶 制御 �A 制御 入力 演算 �B 演算 制御 記憶 �C 演算 入力 制御 �D 制御 記憶 演算 問題２０ 電圧V、電流Iを測定して、電力Pを求める測定を行う。電圧V=100V、その誤差をΔV＝0.5V、電流I＝20A、電流の誤差をΔI＝0.2Aとするとき、電力の相対誤差ΔP/Pは何パーセントであるか、正しいものを選べ。 �@0.0% �A0.5% �B1.0% �C1.5% �D2.0% 問題２１ 観測対象についての情報を量的表現（計測）する方式について、次のうち表現が誤っているものを選べ。 �@計測量に直接比例した変位量に変換し、それからの偏差を指示する方法が変位法である。変位法は目盛の付け方、目盛の読み取りなどと多くの誤差要因が関係するので良い精度の計測は期待できないが、計測系の構成が簡単で、応答が速いといった利点がある。 �A計測量と独立に大きさを調整できる同種類の別の既知量を用意し、既知量と計測量を比較して両者の平衡を検出する。その時の既知量から計測量の大きさを知る方法が零位法である。 �B補償法は変位法と零位法を組み合わせたもので、零位法と類似であるが、微量の差を偏位法で計る点が異なっている。 �C計測量とある量とを比較して、続いて基準量とある量を比較し、その間の差を求めて計測量を知る方法を置換法という。 �D同種類の２量の作用を利用して計測する方法が差動法である。例えば、２個の熱電対の起電力差を検出して、基準温度と計測温度の温度差を知る方法である。 問題２２ 図に示す超音波流量計において、伝播速度差法を用いて速度を計測する。距離Ｌだけ離れた２点に送受波器を置き、上流側Ａ点から発射された超音波が下流側Ｂ点に到達する時間をｔ１、下流側Ｂ点より上流側Ａ点に到達する時間ｔ２とする。この時間差を測定すれば、流速ｖが求められる。しかし、この値は小さくなるので、実際には時間の逆数である周波数ｆ１＝１／ｔ１、ｆ２＝１／ｔ２から�凾�＝ｆ１−ｆ２を求め、速度ｖが求められる。この流速ｖを次より選べ。ただし、θを流れる方向と超音波ビームの進行方向となす角とする。 問題２３ 次の伝達関数を持つシステムの特性根と安定性の正しい組み合わせを選べ。 �@1、2、安定 �A1、2、不安定 �B1、-2、不安定 �C-1、-2、安定 �D-1、-2、不安定 問題２４ タンクの中に液体が満たされており、この液体に単位時間当たりｑ（Ｊ/ｓ）の熱量を加える。入力をｑ、出力を液体の温度Ｔ（Ｋ）と考えるとき、この系の伝達関数を求めよ。ただし、液体の熱容量をＣとし、タンク壁への熱伝達は無視できるものとする。 �@1/Ｃｓ �A１/Ｃｓ２ �B1/Ｃ（ｓ+1） �C1/Ｃ（ｓ-1） �D1/Ｃ（ｓ-1）2 問題２５ A群の材料に対応するJIS記号をB群から選んだものはどれか。 Ａ群 ア．冷間圧延鋼板　イ．一般構造用鋼　ウ．機械構造用炭素鋼　エ.高速度鋼 オ．耐磨不変形用工具鋼　カ．ねずみ鋳鉄　キ．耐食アルミニウム合金 Ｂ群 a．SUS304　b．ss400　c．SKD11　d．SKH3　e．SCM430　f．S45C　g．SPCC h．A5056　i．FC10　j．SK4 ア イ ウ エ オ カ キ �@ ｇ ｂ ｆ ｄ ｃ ｉ ｈ �A ｇ ｂ ｆ ｊ ｃ ｉ ｈ �B ｊ ｅ ａ ｄ ｆ ｇ ｂ �C ｊ ｅ ｆ ｄ ｃ ｂ ａ �D ｊ ｂ ａ ｄ ｆ ｉ ｈ 問題２６ 繰返し引張力がかかる安全率Ｓ＝４で設計した部材（鋼板、板厚ｔ＝1.2ｍｍ、板幅ｗ＝５０ｍｍ、引張強さσＢ＝４１０Ｎ/ｍｍ２、伸びδ＝３５％、硬度ＨＲＢ＝６０、引張疲労限度σＦ＝１５０Ｎ/ｍｍ２）の中央部に応力集中係数α＝３の小孔を設けることになった。許容応力をどれほどにして再設計すべきか。 �@５Ｎ/ｍｍ２ �A１２．５Ｎ/ｍｍ２ �B５０．０Ｎ/ｍｍ２ �C１０２．５Ｎ/ｍｍ２ �D１３６．７Ｎ/ｍｍ２ 問題２７ 長さＬ＝４ｍの矩形鋼はりを設計したところ、ある断面（４０ｍｍ×６０ｍｍ、断面積Ａ＝ｂｈ、断面係数Ｚ＝ｂｈ２/６、ｂは幅、ｈは高さ）で最大曲げモーメントＭ＝４ｋＮ･ｍが生じることが分かった。生じる曲げ応力（概略値）を計算せよ。 �@０．２５Ｎ/ｍｍ２又は０．１７Ｎ/ｍｍ２ �A１．６７ｋＮ/ｍｍ２ �B２５０Ｎ/ｍｍ２又は１６７Ｎ/ｍｍ２ �C１．７Ｎ/ｍｍ２ �D１．６７ｋＮ 問題２８ 次のプラスチック部品・製品の製造に通常最もよく用いられる加工機械を組み合わせたものはどれか． 部品・製品 (a)塩化ビニールパイプ　(b)携帯電話筐体　(c)ポリエチレンシート (d)CFRP(炭素繊維強化プラスチック)構造体　(e)ペットボトル 加工機械 A．射出成形機　B．押出成形機　C．ブロー成形機　D．オートクレーブ E．インフレーション成形機 (a) (b) (c) (d) (e) �@ Ｃ Ａ Ｄ Ｅ Ｂ �A Ｂ Ｃ Ａ Ｄ Ｅ �B Ｅ Ｂ Ｃ Ｄ Ａ �C Ｂ Ｅ Ｃ Ａ Ｄ �D Ｂ Ａ Ｅ Ｄ Ｃ 問題２９ 円柱を旋盤加工しているときの切削抵抗を測定したところ、主分力300N。送り分力100N、背分力200Nであった．このとき切削抵抗を最も良く表すものを選べ。 �@224N �A300N �B316N �C374N �D600N 問題３０ 次の文書のうち誤っているものを選べ �@ＣＡＤはコンピュータ支援設計のことであり、設計の自動化を目指したコンピュータによる設計図面図形処理、データベース操作などを行う。 �A幾何公差とは、形状偏差、姿勢偏差、位置偏差、及び振れの許容値のことである。 �B表面粗さをあらわすパラメータには、算術平均粗さ、二乗平均粗さ、最大高さ、十点平均粗さ、凹凸平均間隔、局部山頂の平均間隔、負荷長さ率などがある。 �CＣＡＥはコンピュータによる解析・シミュレーションを通して生産性や品質の向上を図る技術のことであるが、コンピュータを用いた設計・生産技術もこれに含めてとらえられるようになっている。 �D設計情報とは、最適設計において設計を決定する主要なパラメータのことである。