令和7年度豊橋技術科学大学第3年次入学者選抜学力検査問題

専問科

目( 1機械工学)意
注事項

1

試験開始の合図まで,この問題冊子と解答用紙を開いてはいけません。

2

問題冊子の枚数は,表紙,草稿用紙を含めて7枚です。

3

問題冊子とは別に解答用紙が4枚あります。解答は用紙の裏面にまわってはいけません。

4

問題は4問あります。全問解答してください。

5

試験開始の合図の後すぐに,すべての解答用紙の所定の箇所に受験番号を記入してください。

6

解答は必ず各問題別の解答用紙の所定の欄に記入してください。

7

落丁,乱丁,印刷不鮮明の箇所などがあれば,ただちに申し出てください。

8

問題冊子の余白は草稿用として使用しても構いません。

9

試験終了時刻まで退出してはいけません。

10

問題冊子は持ち帰ってください。

(草稿用ホ勵機械工学‑10ツビス

びよおされ︑しトロツ

゛ド︑しさ沃

る量

質のドのピス

トンダを鉛直下向き

こシリる口

こタンク内
トシ

リ

示すよ

こンう

こ1

図

[ 1 ]0また

ピス

ンとシリンダとの間のすき間は十分小さく液体の漏れの影響は無視でき,ピストンとシリンダとの間の摩擦も無視できるものとする。シリンダ先端からピストン下面までの1

距離をhとし,ピストン下部のシリンダ内は液体で満たされてぃるものとし,
トンにリ

ノシ

このときのタンク内の液面とシリ ンダ先

ンダ内0さの差をHとする

︑る力を考える0ピス

才円形でその直径はピストンが移動する範囲ではd1であり,シリンダ先端位置でd へ滑らかに亦化する。以下の問いに答えよ。ただし,重力加速度はg,大気の圧力は,液体の密度はPで一定とする。
る場合

︑し︑してし

トンカ゛)

ピス(1)

こ イ)

設 問に答えよてAる

ア.ピストン下面での液体の圧力P】をH, h,イ.ピストンを支持するためにロッドにかけ0

PO, gを用いて表せ。

上向きの力の大きさをH, h,P, g, d1を用いて表せ。
こ答ま問き
設で︑

こ

あザ西︑︑タンク内
く

こ損失な︑滑ら力

く

きく︑ンダ

こリ︑ー才シタンク

こ0

ただし弓よえたトン

き金)
2(ヒ゜ス

るものとするア・タンク内から吸い上げる液体の体積流量Ωをdl,ν1を用いて表せ。

イ・シリンダ先端部での液体を吸い上げる速度ν2をd】, d2,ν1を用いて表せ。
ウ・ピストン下面での液体の圧力P1を H, h, P, P。, g,ν1を用いて表せ。
エ.ピストンを微小距離δι引き上げるための仕事δ砂をH, h,διを用いて表せ。

ロッド
POdl

ピストン

PIf

シリンダ
h

タンク
POdH

図1

P, g,ν1, dl,

機械工学‑2[ 2 ]図2に示すように,状態A, B, C, Dを変化する理想気体 l m。1の熱力声サイクルを考える。ここで,状態A→BおよびC→Dの変化は断熱過程,状態B→C^、ー、^、^の変化は等圧過程,状態D→Aの変化は等積過程とし,すべての状熊ホ化は準静的に行われるものとする。各状態A, B, C, Dの圧力をそれぞれア, P ,,C, PD,体積をそれぞれンA, PB, PC, PD,温度をそれぞれ r , r , r , r ととする。断熱過程において, PP"は一定である。また,圧縮比をε‑11 (>1))

こ対して一定であるとし(をCおよび0とする

丘4する。理想気体の定圧モル比熱を C ,定積モル比熱を C ,一般気体定数を凡,B

等圧膨張比をび='L (>1)とする。とのとき,以下の問いに答えよ

0BPPeiB+C松g

D+APDPA

玲死y図2(D 図 2のサイクルの名称として適切なものを以下の(a),(b),(C),(d)より 1つ選ぴ,その記号を解答欄に示せ。

(a)オットーサイクル(b)ブレイトンサイクル(のディーゼルサイクノレ(d)カルノーサイクノレ(2)状態Aにおいて,,A,ンA, rAの関係を表す状態方程式を示せ。
(3) 1、を rA,κ,εを用いて表せ。
(4) rCを rA,κ,ε,0'を用いて表せ。
(5) rD を rA,κ,σを用いて表せ。
︑︑

゛︑゛)

Ci =cp r ‑力量力Ⅱ)
6(加熱量あるとき

熱効率

η= q ‑g をκ,', σを用いて表せ。
g(フ)εを"定としてびを増加させるとき,りの増減にっいて,問(6)の結果を用いて説明せ よ0機械工学‑3[ 3 ]図 3.1および図 3.2に示すような,長さ 1,縦弾性係数五の円錐台の棒(断こ面の直径が直線的に変化する丸棒)があり ,棒の端面Aおよび端面Bの直径はそれぞれ d,および d.である( d,くd.)。の棒について以下の問いに答えよ。

a)図3.Hこ示すように,棒の両端に軸力 Pを加えたときの棒の変形を考える
このために端面Aから距離χの位置に長さ dχの微小要素を考える。なお, dχは0以下0とする

三︑し素＼くさdよ

直径は

問に答え

0ア.端面Aから距離χの位置の断面の直径 dを,χ, 1, dリ d.を用いて表せ。
イ.微小要素の軸方向の伸び d入を, dx,χ,1, dリ dが三, Pを用いて表せ。
ウ.棒全体の軸方向の伸び入を, 1, dリ dが三, Pを用いて表せ。
BAPPdld

めー^χ一ーーー^dx

図31(2)図3.2に示すように,距籬 1だけ離れた2つの剛体壁にこの棒の端面Aと端面‑において図の矢印の向きに軸力 Pを2断面C)

中央1(Bを固定し加える。このとき,図 3.3に示すように, AC間およびCB間に作用する図の矢印の向きの軸力をそれぞれeおよび乃とする。以下の設問に答えよ。

ア. AC間の棒の軸方向の伸び入,を, 1, du dが五,乙を用いて表せ。
イ.軸力乙を, dリ dア Pを用いて表せ。

1‑2・・^:

A::・・・断BCd2
PA乃^CBCPIP2

剛体壁剛体壁図3.2dlP2
吸図 3.3

機械工学‑4[ 4 ]以下の問いに答えよ0a)金属の強化機構に関する以下の文章中の[ヨ [王ヨに 当てはまる最も適切な語句を語群1の中から選び,その番号を解答欄に記せ。

ただし,同じ語句を繰り返し選んではならない。

金属の塑性変形は,原子面がずれてすべり変形することで生じる。原子が一斉にずれるためには大きな応力を必要とするが,実際には線状の[1三三区]である[Ξ1むを形成する●とで,小さな応力でも塑性変形できる。[11王ヨに固有の変位量と方向は, 11Ξ1三三]で表される。

[11三ヨの周囲には応力場が生じる。塑性変形が進行して[三三Σヨが炉殖すると,応力場が作用し合って[1Ξ11ヨが移動しにくくなる。そのため,塑性変形に要する応力が増加する。これを[11三三]という。金属の引張試験において,^、^降伏後に応力が増加する1つの理由がこれである

0︑

う

00

金属

しとをう

こ︑

゛しにくくなるこ

点状の[Ξ1三三ヨである置換型原子や侵入型原子が存在すると格子ひずみを生結晶方位の異なる隣り合う結晶粒の間には,面状の[1^である[三匝ヨが存在する。[三匝ヨではすべり面が不連続となり,1^ヨの移動が妨げられる。
そのため,11^ヨの体積割合を増加させることで,金属を強化できる。これを[1亙三]という。●の強化機構の観点から,金属の強度は[1Σヨの平方根の逆数に比例することが知られており,これを[1^の関係という。
語群1(4)析出強化(5)結晶粒微細化強化(6)オロワン(フ)ホーノレ・ペッチ(8)ギブスaの原子空孔

aD 転位a2)結晶粒界

a3)格子欠陥a4)転位密度a5)結晶粒径︑︑＼(3)分散強化ノ(2)固溶強化)a)加工硬化ーガ

スベクトノレ機械工学‑5②炭素鋼の熱処理に関する以下の文章中の[Ξ じ亘ヨにきてはまる最も適切な語句を語群Πの中から選び,その番号を解答欄に記せ。ただし,同じき。
句を繰り返し選んではならない。
︑てしこ

おトリ

メンタイ

炭素濃度のイから冷却すると,御゜Cで[三三三ヨ変態して,1Σ王ヨとセメンタイトからなる[1Ξ],組織を形成する。鉄ーセメンタイト系平衡状態図における 727゜C の線を区1亙1ヨ,線という。[三王ヨ炭素濃度よりも低い炭素濃度の[三五ヨを冷却して,1111^が[Σ西ヨし始める温度は[三ヌヨ線で表される。また,11^膨素濃度よりもすい炭素濃度の[三三ヨを冷却して,セメンタイトが[三函ヨし力'める炉度は'血線で表される

0[三亙ヨ線,[1亙ヨ,線あるいは'血線以上の温度に加熱して[1^1とした状
態力 ら),水や油などに浸漬して室温付近まで急冷する処理を[11Ξ1ヨという。
イ︑し(2)オーステナイト(3)パーライト(4)ベイナイト(5)マルテンサイト(6)析出

(フ)晶出(8)包晶(9)共析aD 焼入れa2)焼戻しa3)焼なましa4)焼ならしa5)深冷処理a 6) AIa7) A2a 8) A3'士日.ノ'、日日0a)フェライト︑言吾群Π

うる処理をし︑らこしぱらく 保持して力廿ΥⅡ1

力学的性質の調整や組織の均一性を改善するために,一様な区1Ξ1ヨの状態

こ加熱しそaのヒ物とし
0

この処理をうこ圖溶した炭素と0回復する

Π

してさせて

手

こ

こ

度︑ーの下以て.の処理により区王ヨ組織を形成する。[三王ヨは硬いが脆いため,11^線