平成１６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 工業材料の性質と機能 2 材料力学 引張・圧縮 3 材料力学 熱応力 4 材料力学 多軸応力 5 材料力学 曲げ 6 機械力学 機構の力学 7 機械力学 質点系の力学 8 機械力学 質点系の力学 9 機械力学 振動絶縁 10 機械力学 減衰系 11 機械力学 質点の力学 12 流体力学 流れの計測 13 流体力学 エネルギーの形態と変換 14 流体力学 層流と乱流 15 熱力学 燃焼反応 16 熱力学 熱サイクル 17 熱力学 熱伝導 18 制御 信号処理 19 制御 不確かさと精度 20 制御 基本的な量の測定法 21 制御 基本的な量の測定法 22 制御 伝達関数とフィードバック制御 23 制御 安定性 24 その他 機械設計 25 その他 機械要素 26 材料力学 引張・圧縮 27 その他 機械要素 28 その他 加工法 29 その他 生産システム 30 �W　次の３０問題のうち２５問題を選んで解答せよ。（解答欄に１つだけマークすること。） １３時３０分〜１５時３０分 　自分の選択した技術部門の問題であることを確認してから解答を始めて下さい。 注） 　�@受験番号欄を正しく記入・マークしていない場合は、「失格」となります。 　�A２６問題以上解答した場合は、「失格｣となります。 　�B解答を２つ以上マークした問題は、採点の対象となりません。 解答はこちら
	問題１ 物質は原子の特性により固有の結晶構造をとる。結晶構造の最も小さい単位を単位胞といい、その結晶格子は金属では、ほぼ３群に分類できる。例えば，α-鉄やタングステンは（Ａ）、アルミニウムや銅は(Ｂ)、マグネシウムやα-チタンは（Ｃ）をとる。次のうち、Ａ、Ｂ、Ｃにふさわしい用語の組合せを選べ。 Ａ Ｂ Ｃ �@ 面心立方格子 体心立方格子 稠密六方格子 �A 面心立方格子 稠密六方格子 体心立方格子 �B 体心立方格子 稠密六方格子 面心立方格子 �C 体心立方格子 面心立方格子 稠密六方格子 �D 稠密六方格子 体心立方格子 面心立方格子 問題２ 材料の性質に関する次の記述のうち、内容に誤りがあるものを選べ。 �@塑性変形をほとんど伴わない破壊のことをぜい性破壊という。一般に、切欠き先端が鋭くなる程、ぜい性-延性遷移温度は低くなる。 �A現実の結晶には格子欠陥あるいは格子不整合などが存在するが、密度、比熱、誘電率、弾性率はそれらの影響をあまり受けない。 �Bぜい性破壊に対しては最大主応カ説がよく用いられるのに対して、最大せん断応力説は、トレスカの条件とも呼ばれ、延性材料の降伏条件としてよく用いられる。 �C材料に一定温度の下で一定の大きさの応力が作用するとき、ひずみが時間とともに増加する現象をクリープという。 �D引張強さよりも低い応力でも、多数回にわたって繰り返して応力を負荷することにより破壊する現象を疲労破壊という。一般に非鉄材料には疲労限度は存在しない。 問題３ ある金属棒（断面積400mm2、基準長500mm）に40kNの力をかけたところ0.25mm伸びた。この材料の縦弾性係数（ヤング率）は次のうちどれか。 �@100kN/mm2 �A200kN/mm2 �B300kN/mm2 �C400kN/mm2 �D500kN/mm2 問題４ 環境温度が30℃のとき両端を固定したアルミニウム合金線（線膨張係数20×10-6K-1、縦弾性係数　70kN/mm2）がある。環境温度が-20℃に低下したとき、線に生じる引張応力で適切なものを次の中から選べ。 �@140N/mm2 �A100N/mm2 �B70N/mm2 �C35N/mm2 �D14N/mm2 問題５ 固体に次の応力を発生させた負荷状態において、2番目に大きなせん断応力が発生する場合を選べ。 �@50MPaの引張りと40MPaの圧縮の２軸負荷 �A100MPaの１軸圧縮負荷 �B70MPaの１軸引張負荷 �C120MPaの等３軸引張負荷 �D40MPaの単純せん断負荷 問題６ 一様断面の同一形状のはりに次のような負荷（合力Wの大きさを同じとする）をかけた。このとき、はりに発生する最大曲げ応力が２番目に大きくなる場合を選べ。 問題７ 質量ｍ＝10kgの錘で、下図のように滑車を介して、質量Ｍの錘をつり下げている。釣り合い状態にあるとすると、質量Ｍに最も適切なものは次のうちどれか。 �@10kg �A15kg �B20kg �C25kg �D30kg 問題８ 下図に示すように、水平な床の上に質量ｍ１の物体がおかれている。単振り子に付けた大きさの無視できる質量ｍ２の錘が高さｈの位置から初速度０で運動を開始し、最下点で床の上の物体に完全弾性衝突するとき、床の上の物体と錘の運動に関する次の記述のうち内容が間違っているものを選べ。ただし、重力加速度の大きさをｇとし、周囲の空気の影響は無視する。 問題９ 円盤が斜面を滑ることなく回転しながら落下する場合を考える。下図に示すような垂直高さｈの三角形の上端で静止していた円盤が下端に到着したときの中心点の速度を次の中から選べ。ただし、円盤の質量をｍ、慣性モーメントをＩ、半径をｒ、重力加速度の大きさをｇとする。 問題１０ 振動防止に関する次の記述のうち、内容に誤りがあるものを選べ。 �@付加的な質量を付けて振動エネルギーを吸収する機構のことを動吸振器といい、すべての振動数の振幅を低く抑えることができる。 �A外乱の周波数と系の固有振動数とが一致すると共振するのでできるだけ両者を離す。 �B回転軸の振れ回りの危険速度を通過する際は、できるだけ速く回転数を上昇させる。 �C可変減衰機構を持ち、振動状態を計測して、パラメータを切り替える制御方法をセミアクティブ制御という。 �D外乱からエネルギーを投入し、振動状態を計測して、制振力を加えることにより振動を抑える制御方法をアクティブ制御という。 問題１１ 下図に示すような、２個のばね（ばね定数ｋ１、ｋ２）と１個のダンパ（減衰係数ｃ）で支持されている質量ｍからなる系について、減衰振動となる条件を次の中から選べ。 問題１２ 長さａ＋ｂの剛体棒の右端に集中質量ｍが付加された下図のような物体が、左端で回転自由に支持され、左端から距離ａの点でばね定数ｋのばねで支持されて水平となっている。剛体棒の回転軸まわりの慣性モーメントをＩ、重力加速度の大きさをｇ、角度θは小さいとして、次の記述のうち誤っているものを選べ 問題１３ 水面から深さＨの位置における流れの速度を測定するため、Ｌ型のガラス管をその先端部が流れに垂直になるようにその深さに設置した。ガラス管内の水が水面からh＝200mm上昇したとき、その位置における流速uに最も近いものは次のうちどれか。ただし、Ｌ型ガラス管の全圧係数は１とする。 �@2.4m/s �A2.0m/s �B1.6m/s �C1.2m/s �D0.8m/s 問題１４ 速度Ｕの水の噴流が速度Ｖの大きな可動平板に垂直に衝突する。板の受ける力Ｆが最大となるときと、板の受け取る仕事率Ｌが最大になるときの、それぞれの速度比Ｖ／Ｕについて、次の組合せのうち正しいものを選べ。 �@Ｆ最大：Ｖ／Ｕ＝１、Ｌ最大：Ｖ／Ｕ＝１ �AＦ最大：Ｖ／Ｕ＝０、Ｌ最大：Ｖ／Ｕ＝１ �BＦ最大：Ｖ／Ｕ＝０、Ｌ最大：Ｖ／Ｕ＝１/２ �CＦ最大：Ｖ／Ｕ＝０、Ｌ最大：Ｖ／Ｕ＝１/３ �DＦ最大：Ｖ／Ｕ＝０、Ｌ最大：Ｖ／Ｕ＝０ 問題１５ 流体の損失や抵抗に関する記述のうち、内容に誤りがあるものを選べ。 �@一様流中に置かれた平板上の境界層が層流であるとき、その平板の摩擦抗力は一様流の速度に比例する。 �A球の周りの流れがストークス域にあるとき、その抗力係数はレイノルズ数に反比例する。 �B滑らかな円管の乱流域の圧力損失がプラジウスの式で近似できるとき，圧力損失はその平均流速の1.75乗に比例する。 �C流れの中におかれた物体の受ける抗力が速度の２乗に比例するとき、その抗力係数は一定値となる。 �Dハーゲン・ポアゼイユの流れにおける圧力損失は、流量一定のとき、円管直径の４乗に反比例する。 問題１６ メタン１kgを完全燃焼させるために必要な理論空気量として、最も近い値を次の中から選べ。ただし、空気中の酸素の質量割合は0.232とする。 �@3.8�s　�A4.0kg　�B16.6kg　�C17.2kg　�D20.7kg 問題１７ 次に示す熱機関及び冷凍機のサィクルとその適用例のうち，最も不適切な組合せはどれか。 �@オットーサイクル　：火花点火機関 �Aサバティサイクル　：ディーゼル機関 �Bランキンサイクル　：ガスタービン �Cカルノーサイクル ：スターリングエンジン �D逆カルノーサイクル：冷凍機 問題１８ 隔板を介して高温流体と低温流体が熱交換を行う熱交換器がある。高温流体側の隔板表面における熱伝達率をｈh、低温流体側の隔板表面の熱伝達率をｈc、隔板の厚さをδ、隔板の熱伝導率をkとするとき、高温流体と低温流体の間の熱通過率（総括伝熱係数）Ｋを表す最も適切な式を次の中から選べ。 問題１９ 電圧0〜5Vを８ビットでデジタル化したときの分解能について、最も近いものを次の中から選べ。 �@１mV �A２mV �B5mV �C1OmV �D20mV 問題２０ 測定の誤差に閲する次の記述のうち、内容が適切でないものはどれか。 �@系統的な誤差を論ずるとき，母集団の平均値と真の値の差は「かたより」と呼ばれるが、精密さとはかたよりの小さい程度である。 �A絶対値の小さい誤差は、測定の回数がきわめて多いときには、絶対値の大きい誤差よりも起こりやすい。 �B誤差は測定値と真の値との差であり、系統的な誤差はその量をあらかじめ調べておけば、補正によって取り除くことができる。 �C測定の回数がきわめて多いときには、同じ大きさの正の誤差と負の誤差の生じる確率は相等しい。 �D絶対値の非常に大きな誤差は、測定の回数がきわめて多いときには、ほとんど起こらない。 問題２１ 長さの精密測定機器は種々の方法でその変位の拡大を行なっているが、次の拡大率に関する記述のうち、内容が誤っているものはどれか。 �@くさびによる拡大で、その拡大率Ｅはくさびの角度をθとするときＥ=cotθで与えられる。 �Aマイクロメーターはねじによる拡大法とみなせるが、その拡大率はねじのリード（送り）に比例する。 �Bダイヤルゲージは歯車による拡大を利用した測定器といえるが、ギヤ比一定のとき、その拡大率は指針の長さに比例する。 �C光波干渉による拡大では、その拡大率は単色光の波長に反比例する。 �D光の直線性を利用した光てこの拡大率は接眼レンズの倍率に比例する。 問題２２ 熱電対による温度計測に関する次の記述のうち、内容が誤っているものを選べ。 �@熱電対の測定原理はゼーベック効果によるものである。 �A熱電対の素線が単一で均質な場合、線の太さの変化、線の途中の温度分布などは計測結果に影響しない。 �Bペルチェ効果やトムソン効果による発熱が予想されるので、電流を流さないで熱起電力を測定することが望ましい。 �C熱電対の途中を切って第三の異種金属線を入れると、異種金属線の両端が同じ温度であっても誤差が起こる。 �D高温Ｔ１と低温Ｔ３の間にＴ２の温度場があり、これを分けて測定するとき、Ｔ１とＴ３の間の熱起電力Ｅ1-3は、分けて測定した起電力Ｅ1-2とＥ2-3の和と等しい。 問題２３ 下図に示すようなフィードバック制御に関するブロック線図について、次の記述のうち誤っているものを選べ。 問題２４ 次の伝達関数を持つ系の安定性に関する記述のうち，内容が正しいものを選べ。 �@二つの極が正の値（２、３）をもつから、この系は不安定である。 �Aゼロ点が２であるから、この系は不安定である。 �B二つの極が負の位(-2, -3)をもつから、この系は安定である。 �Cゼロ点が２であるから、この系は安定である。 �D二つの極が実数であるから、この系は安定である。 問題２５ JISによる製図法で定められている寸法補助記号について、次の表の中で正しい組合せを選べ。 問題２６ 機械要素に関する次の記述のうち、内容に誤りがあるものを選べ。 �@すべり軸受けとは、軸と軸受金とが薄い油膜を介して相対滑りをする軸受けのことで、軸の半径方向荷重を支えるスラスト軸受けと、軸方向荷重を支えるジャーナル軸受けがある。 �Aねじとは、丸棒あるいは円筒の面に沿ってらせん状に溝を切ったものであり、その高い部分をねじ山といい、隣り合ったねじ山の中心から中心までの距離をピッチという。ねじは、部品の締め付けのほか、動力の伝達などに幅広く用いられる。 �B歯車は、２軸間中心距離が比較的短い場合の動力伝達に用いられ、一定の速度比を保つことができ、大きな動力を伝達することができる。ピッチ円直径を歯数で割った値をモジュールという。 �Cリベット継手とは，結合しようとする板にあらかじめ穴をあけ、リベットを差し込み、リベッタによって頭を作って板を永久的に締結させるものであり、リベットの破損には、多くの場合、せん断応力が問題となる。 �Dクラッチとは、ある軸から他の軸へ動力を伝える場合に、必要に応じて、この両軸の連結と切り離しを行うために使用する軸継手である。その中で、円すいクラッチ、円板クラッチは、摩擦を利用したものである。 問題２７ 引張強さ400N/mm2の角鋼棒を引張荷重45kNを受ける構造部材として使用したい。安全率を８とするとき、最も適切な角棒の辺長は次のうちどれか。 �@20mm �A30mm �B50mm �C112.5mm �D9000mm 問題２８ 直径40mmのS45C製の軸に歯車を取り付けてトルクを伝達するために、輪と歯車を沈み平行キーで結合することを考える。軸直径からJＩＳ B1301にしたがってキー寸法を決めることとして、次の設計手順で不適切な仮定が用いられているものを選べ。 �@キーの材料として、軸・歯車より軟質材料のS20Cを仮定する。 �A伝達トルクによる荷重を衝撃荷重と仮定して、許容圧縮応力と許容せん断応力を求める。 �B伝達トルクによる荷重をキーの軸側沈み部側面(沈み深さ×長さの面積)で受けると仮定して，面圧が許容圧縮応力を越えないよう，キー長さl1を決定する。 �C伝達トルクによる荷重をキーの幅×長さの面積で受けると仮定して、せん断応力が許容せん所応力を越えないよう，キー長さl2を決定する。 �D　�Bで決定したキー長さl1と�Cで決定したキー長さl2のうち小さい方をキー長さと仮定し、それが軸径の1.5〜3倍の範囲にあることを確認して、この範囲をはずれる場合はキー材料を変更して計算を繰り返す。 問題２９ 加工に関する次の記述のうち、正しいものを選べ。 �@切削加工とは、工作機械と切削工具を使用して、工作物の不必要な部分を切り屑として除去し、所望の形状や寸法に加工するものであるが、この加工法で仕上げ面粗さの良好な製品を得ることは難しい。 �A深絞加工とは、平らな金属板をダイの中にパンチで押し込み流動させながら継目のない円筒や角筒など，種々の容器状のものを成形する加工法であり、ステンレス製の風呂桶や清涼飲料水の缶の製造に用いられる。 �B研削加工とは、工具として研削砥石を用い、これを回転させて工作物を削る加工方法であり、加工単位が小さく加工精度が高い特徴を有するが、ぜい性材料の加工には用いられない。 �C引抜加工とは、所定の穴形状を有するダイスに被加工材を通して引き抜くことにより各種横断面形状を有する線、棒などを製造する加工法であるが、押出加工と異なり管状の製品を得ることはできない。 �D溶接加工は、複数の金属あるいは非金属材料を加熱溶融して接合する加工法で、機械的圧力を付加せずに接合するため、母材の変形が小さい特徴を有する。 問題３０ 次の表の最上段に示す生産システム用語（略語）と最も適切に対応するものを選べ。