平成２６年度専攻科入学者選抜検査（学力二次）【試験問題】生産工学専攻（機械工学コース）専門科目 (試験時間（注）１２３４５１２０分) 問題用紙は、表紙を含めて１～５ページです。４科目（機械工作法、材料力学、熱力学、水力学）すべてに解答してください。電卓は、与えられたものを使用すること。解答は、全て解答用紙に記入してください。試験終了後、試験問題は持ち帰ってください。 -1- 科目名：機械工作法１．次の文章は被覆アーク溶接について述べたものである。空欄に入る言葉を回答群から選び番号で答えよ。「被覆アーク溶接は被覆アーク溶接棒を用いて行うアーク溶接である。この溶接は溶接棒と母材の間にアークを発生させ、溶接棒を移動させていく。アークの発生する高熱で母材が溶けて（１）ができ、溶けた溶接棒は金属蒸気または溶滴となって（１）に入る。（１）は溶接場所が移動すると凝固し、（２）となる。被覆アーク溶接棒は心線の周りに（３）が塗り付けてあり、溶接中のアークによる高温で（３）は溶融したり、気化したりする。気化して発生するガスは大気を遮断して酸化や窒化を防止し、アークを安定させる。溶融した（３）は（４）となり、（２）を覆って保護する。また、（３）は（２）の清浄作用もあり、母材の酸化不純物を除去することができる。」【回答群】 ① 溶接金属 ③ 被覆剤 ② スラグ ④ 溶融池 ⑤ プラズマ２．次の文章は鋳造の材料について述べたものである。何について述べているかを回答群から選び番号で答えよ。（１）鋳鋼と比較すると、鋳込温度が低く鋳造性がよい。また、耐摩耗性，被削性，振動吸収能力が大きい特徴がある。（２）銅合金の一種で銅と錫（Sn）の合金である。鋳鉄に比べ不純物の影響が大きくまた収縮も大きい。（３）強度が必要な機械部品に用いられる。鋳鉄の溶接は難しいが、この材料は同種類の溶接や鍛鋼部品などとの溶接も比較的容易に行える。（４）アルミニウム合金またはマグネシウム合金のように、比重４以下の合金をいう。鋳造性がよく、自動車・航空機の部品に多く用いられている。【回答群】 ① 黄銅 ② 青銅 ④ 鋳鋼 ⑤ 鋳鉄 ③ 軽合金３．フライス削りにおいてフライスの歯数が Z = 20 [ 枚 ] 、フライスの回転数が n = 1000 [ rpm ] である。一歯当りの送りを ft = 0.1 [mm ] としたいとき、送り v [ mm/min ] を求めよ -2- 科目名：材料力学１．図 1 のように、剛性天井から鉛直につり下げられた断面積 A の部材が、 A 水平面と  傾いた面で互いに接合されている。部材の自重を考えない  ものとして、以下の問いに答えよ。（１）部材の下端を荷重 P で負荷させたとき、傾いた面に生じる垂直応力  と、せん断応力  を求めよ。（２）部材の断面積 A =1000 [mm2]、角度  =30 [°]、接合部の許容応力を  a =60 [MPa]、  a =40 [MPa]としたとき、負荷する P 図1 ことのできる最大軸荷重 Pmax を求めよ。２．図 2 のように、二つの異なった材料からなる長さ l の組み合わせ棒（丸棒と円筒）の両端を剛性板で固定している。全体の温度を  t 上昇させたとき、以下の問いに答えよ。ただし、丸棒、円筒の断面積、縦弾性係数、線膨張係数をそれぞれ A1 、 A2 、 E1 、 E 2 および  1 、  2 （ 1   2 ）とする。（１）丸棒と円筒に生じる応力をそれぞれ  1 、 2 としたとき、組み合わせ棒全体の力のつりあいの式を立てよ。（２）丸棒と円筒の伸びをそれぞれ l1 、 l 2 としたとき、 1 、 2 を用いて l1 と l 2 を求めよ。（３）  1 と  2 を求めよ。３．図 3 のように、長さ l （AC 間の長さ a 、CB 間の長さ b ）のはりの両端が支持され、左端から距離 a の C 点に集中荷重 P が作用している。棒の自重は考えないものとするとき、以下の問いに答えよ。ただし、はりの縦弾性係数を E 、断面二次モーメントを I とする。（１）力のつりあいとモーメントのつりあいから反力 RA と RB を求めよ。（２）A 点から x の断面位置における曲げモーメント M を考える。AC 間（ 0≦ x ≦a ）、 CB 間（ a ≦ x ≦ l ）の曲げモーメント M AC と M CB を式で示せ。（３）たわみの基礎式（ EI d2y   M ）を用いて、AC 間、CB 間の断面位置 x におけ dx 2 るたわみ y AC と y CB を式で示せ。円筒 P A C B 丸棒 a RA l b l 図3 図2 -3- RB 科目名：熱力学 1. 質料 3 [kg]の空気が 0.2 [m3]の容器に充填されている。等温膨張のもとで圧力が 1 [MPa]から 5×104 [Pa]に変化した。以下の問いに答えよ。ただし、空気の気体定数は 0.29 [kJ/(kg･K)]とする。（１）変化前の温度：T１（２）変化後の容器の体積：V２（３）外部にした絶対仕事：⊿W （４）加えられた熱量：⊿Q （５）エンタルピーの変化量：⊿H （６）エントロピーの変化量：⊿S 2. 図１および図２はオットーサイクルにおける p 3 p―v 線図および T － s 線図である。ここで、圧縮比ε＝9.5、断熱圧縮前の圧力と温度が 4 それぞれ p １＝0.1 [MPa]、 T １ =300 [K]であり、 2 断熱膨張後の温度は T ４＝750 [K]となった。 1 v 比熱比はκ＝1.4とする。図１（１）状態２から状態 3 への変化は何変化と呼ばれるか、答えよ。 T （２）状態３から状態 4 への変化は何変化と呼ばれるか、 3 2 答えよ。 4 1 （３）理論熱効率：ηを求めよ。 s （４）サイクル中の最高圧力を求めよ。（５）サイクル中の最高温度を求めよ。 -4- 図２科目名：水力学１．次の問いに答えよ。（１）容積 V=10 [ℓ]の油の重量を測定したところ、W=80 [N]であった。この油の密度  を求めよ。（２）20 [ℓ/min]の流量の場合、体積流量で表すと何 [m3/s]になるか求めよ。（３）内径 d=10 [mm]の円管内を水が流れている。質量 M=1.0 [kg]の水が流出するのに t=20 [s]かかった。このときの体積流量 Q [m3/s]、平均流速 u [m/s]、レイノルズ数 Re を求めよ。また、このときの流れの状態は、一般に層流・乱流どちらであるといえるか答えよ。なお、水の密度は  =1000 [kg/m3]、動粘性係数は ν=1.004×10－6 [m2/s]とする。２．図 1 に示す逆Ｕ字管マノメータにおいて、A 点と B 点の圧力差を求めよ。なお、それぞれの流体の密度は、以下のとおりである。油：ρo=860 [kg/m3] 水：ρw=1000 [kg/m3] ※図１は著作権の関係で掲載しておりません。４．図２のように、円管内を水が下から上に向かって、質量流量 m=100 [kg/s]で流れている。以下の問いに答えよ。ただし、水の密度は  =1000 [kg/m3]とする。（１）体積流量 Q を求めよ。（２）位置①、②の流速 V1 および V2 を求めよ。（３）位置②の圧力が p2 =1 [kPa]のとき、位置①の圧力 p1 を求めよ。 ※図２は著作権の関係で掲載しておりません。 -5-