2026年版・7-2

安全:材料の強さの一問一答

第三種冷凍機械責任者試験「安全装置・材料の強さ・圧力容器」から、安全:材料の強さに関する4択問題を10問。「答えと解説を見る」を開くと、正解とその理由がその場で読めます。会員登録は不要です。

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問題

上から順に解いてみてください。答えは各問の下で確認できます。本試験は正誤の組合せを選ぶ択一式が中心ですが、ここでは4択で出題しています。

問17-2

次のイ、ロ、ハ、ニの記述のうち、材料の強さについて正しいものはどれか。
イ.応力は、材料に加わる荷重を断面積で除したもので、単位はN/mm²(MPa)で表される。
ロ.ひずみは、荷重によって生じた伸びを元の長さで除したもので、単位はない。
ハ.降伏点を超える応力を加えても、荷重を取り除けば材料は必ず元の形に戻る。
ニ.比例限度までは、応力とひずみは比例する。

  • ①イ、ロ
  • ②イ、ロ、ニ
  • ③ロ、ハ
  • ④イ、ロ、ハ、ニ
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正解 ②イ、ロ、ニ
解説
材料力学の基本用語を確認する問題です。

各記述の正誤
・イ(正しい):応力=荷重÷断面積です。
・ロ(正しい):ひずみは長さを長さで除した無次元の量です。
・ハ(誤り):降伏点を超えると、荷重を取り除いても永久ひずみが残ります。
・ニ(正しい):フックの法則です。

覚え方のポイント
「比例限度→弾性限度→降伏点→引張強さ」。降伏点を超えると元に戻らなくなります。
問27-2

断面積が100mm²の丸棒に、10kN(10000N)の引張荷重が加わったときの引張応力として、正しいものはどれか。

  • ①10N/mm²
  • ②1000N/mm²
  • ③1N/mm²
  • ④100N/mm²
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正解 ④100N/mm²
解説
引張応力は、引張荷重を断面積で割って求めます。

計算の手順
応力=荷重÷断面積
=10000N÷100mm²=100N/mm²

他の選択肢が不適切な理由
・10N/mm²:桁を1つ小さく誤った値です(正しくは10000÷100=100)。
・1000N/mm²:桁を誤った値です。
・1N/mm²:桁を誤った値です(正しくは10000÷100=100)。

覚え方のポイント
単位をそろえて計算することが大切です。1kN=1000N、N/mm²=MPaです。
問37-2

次のイ、ロ、ハ、ニの記述のうち、冷凍装置の材料について正しいものはどれか。
イ.アンモニア冷凍装置の配管には、低温でも脆くならない銅管が適している。
ロ.炭素鋼などの一般の鋼材は温度が低いと粘り強さを失い(低温脆性)、衝撃などをきっかけに、降伏点より低い応力でも突然割れることがある。
ハ.銅やアルミニウムは、低温脆性を起こしにくい。
ニ.材料の形状が急に変化する部分には、応力集中が起こりやすい。

  • ①ロ、ニ
  • ②イ、ニ
  • ③ロ、ハ、ニ
  • ④イ、ロ、ハ、ニ
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正解 ③ロ、ハ、ニ
解説
材料の選び方を、温度と冷媒の両面から確認する問題です。

各記述の正誤
・イ(誤り):アンモニアは銅を腐食するので、銅管は使いません。
・ロ(正しい):低温脆性による破壊は、衝撃などをきっかけに突然起こります。
・ハ(正しい):オーステナイト系ステンレス鋼も低温脆性を起こしにくい材料です。
・ニ(正しい):切り欠きや穴の周りなどでは、応力が局部的に大きくなります。

覚え方のポイント
銅は「低温には強いがアンモニアには弱い」。材料の問題では、どの観点で問われているかに注意しましょう。
問47-2

次のイ、ロ、ハ、ニの記述のうち、許容引張応力と応力について正しいものはどれか。
イ.許容引張応力は、材料の引張強さに十分な余裕をとり、引張強さの4分の1程度の値とされる。
ロ.許容引張応力は、引張強さより大きな値とする。
ハ.断面積100mm²の丸棒に10000Nの引張荷重が加わったときの引張応力は、100N/mm²である。
ニ.同じ荷重が加わる場合、断面積が小さいほど応力は大きくなる。

  • ①イ、ハ、ニ
  • ②イ、ハ
  • ③ロ、ハ
  • ④イ、ロ、ハ、ニ
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正解 ①イ、ハ、ニ
解説
許容引張応力の考え方と、応力の計算を確認する問題です。

各記述の正誤
・イ(正しい):冷凍装置の圧力容器などで用いられる考え方です。
・ロ(誤り):許容引張応力は、引張強さより小さな値(約4分の1)にします。
・ハ(正しい):10000÷100=100N/mm²です。
・ニ(正しい):応力=荷重÷断面積なので、断面積が小さいほど大きくなります。

覚え方のポイント
「許容=余裕をとって小さく」。許容引張応力が小さいほど、必要な板厚は厚くなります。
問57-2

一般の炭素鋼に見られる低温脆性について、正しいものはどれか。

  • ①低温になるほど粘り強さが増していき、どのような衝撃にも強くなる
  • ②低温脆性は、銅やアルミニウムで特に起こりやすい現象である
  • ③低温脆性は、高温で運転する圧縮機の吐出し配管で起こる
  • ④低温で粘り強さが低下し、降伏点以下でも突然破壊することがある
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正解 ④低温で粘り強さが低下し、降伏点以下でも突然破壊することがある
解説
一般の炭素鋼は、温度が低くなると粘り強さ(じん性)が低下して脆くなる性質があり、これを低温脆性といいます。低温脆性による破壊は、衝撃荷重などをきっかけに、降伏点以下の低い応力でも突然発生することがあります。そのため、低温で使う機器には、低温でも脆くなりにくい材料を選びます。

他の選択肢が不適切な理由
・低温ほど粘り強い:逆です。
・銅やアルミニウムで起こりやすい:銅やアルミニウムは低温脆性を起こしにくい金属です。
・高温の配管で起こる:低温脆性は低温で起こる現象です。

覚え方のポイント
「低温脆性=炭素鋼・低温・降伏点以下でも突発的」。
問67-2

低温で使用する冷凍装置の材料として、低温脆性を起こしにくい金属の組合せはどれか。

  • ①銅・アルミニウム・オーステナイト系ステンレス鋼
  • ②一般の炭素鋼・ねずみ鋳鉄・一般構造用の圧延鋼材
  • ③ねずみ鋳鉄・機械構造用炭素鋼・一般の炭素鋼
  • ④一般構造用圧延鋼材・ねずみ鋳鉄・炭素鋼鋳鋼品
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正解 ①銅・アルミニウム・オーステナイト系ステンレス鋼
解説
銅、アルミニウム、オーステナイト系ステンレス鋼などは、低温になっても粘り強さがあまり低下せず、低温脆性を起こしにくい金属です。一方、一般の炭素鋼や鋳鉄は、低温で脆くなりやすいため、低温で使う部分には、低温用の鋼材など適した材料を選ぶ必要があります。

他の選択肢が不適切な理由
・一般の炭素鋼・ねずみ鋳鉄・一般構造用の圧延鋼材:いずれも低温で脆くなりやすい材料です。
・ねずみ鋳鉄・機械構造用炭素鋼・一般の炭素鋼:同じく低温脆性に注意が必要な材料です。
・一般構造用圧延鋼材・ねずみ鋳鉄・炭素鋼鋳鋼品:どれも低温用の材料としては適しません。

覚え方のポイント
ただし、銅や銅合金はアンモニアに腐食されるので、アンモニア装置には使えません。材料は「温度」と「冷媒」の両方から選びます。
問77-2

材料の形状が急に変化する部分(切り欠きや穴の周りなど)で起こる現象として、正しいものはどれか。

  • ①加工硬化で材料が強くなり、応力が小さくなる
  • ②応力が局部的に大きくなる応力集中が起こる
  • ③応力は変わらず、ひずみだけが局部的に大きくなる
  • ④局部的に材料が軟らかくなり、応力が逃げる
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正解 ②応力が局部的に大きくなる応力集中が起こる
解説
材料の形状が急に変化する部分では、その周りに応力が局部的に大きくなる応力集中が起こります。応力集中が起こる部分は、疲労や脆性による破壊の起点になりやすいため、圧力容器や配管の設計では、急な形状の変化を避け、なめらかな形にするなどの配慮をします。

他の選択肢が不適切な理由
・加工硬化で応力が小さくなる:形状が急に変わる部分では、応力は局部的に大きくなります。
・ひずみだけが大きくなる:弾性の範囲では応力とひずみは比例するので、応力も局部的に大きくなります。
・軟らかくなり応力が逃げる:そのような現象ではなく、応力が集まる部分が破壊の起点になりやすくなります。

覚え方のポイント
「角や穴のまわりは応力が集まる」。ノズルの取付け部などは補強をします。
問87-2

材料の「ひずみ」の説明として、正しいものはどれか。

  • ①荷重を、材料の断面積で割って求めた値
  • ②材料が破断せずに耐えられる最大の荷重の値
  • ③荷重で生じた伸びを、元の長さで割った値
  • ④材料の断面積を、元の長さで割った値
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正解 ③荷重で生じた伸びを、元の長さで割った値
解説
ひずみは、材料が荷重を受けて変形したとき、その変形量(伸び)を元の長さで割ったものです。長さを長さで割るので、単位のない量(無次元量)です。比例限度までは、応力とひずみは比例します(フックの法則)。

他の選択肢が不適切な理由
・荷重÷断面積:これは応力です。
・最大の荷重:ひずみの説明ではありません(最大の応力は引張強さです)。
・断面積÷長さ:そのような量はひずみではありません。

覚え方のポイント
「応力は力の割合、ひずみは形の変化の割合」。2つを混同しないようにしましょう。
問97-2

次のイ、ロ、ハ、ニの記述のうち、材料の強さについて正しいものはどれか。
イ.比例限度までは、応力とひずみは比例する。
ロ.低温脆性による破壊は、降伏点以下の低い応力でも突然発生することがある。
ハ.許容引張応力は、引張強さより大きな値とする。
ニ.材料の形状が急に変化する部分には、応力集中が起こりやすい。

  • ①イ、ロ、ニ
  • ②イ、ハ
  • ③ロ、ハ
  • ④ロ、ハ、ニ
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正解 ①イ、ロ、ニ
解説
材料力学の基本を確認する問題です。

各記述の正誤
・イ(正しい):フックの法則です。
・ロ(正しい):低温脆性の破壊は突発的に起こります。
・ハ(誤り):許容引張応力は、引張強さに余裕をとって、それよりずっと小さい値(約4分の1)にします。
・ニ(正しい):切り欠きや穴の周りなどで応力集中が起こります。

覚え方のポイント
「許容=余裕をとって小さく」。許容引張応力が引張強さより大きいという記述は、明らかな誤りです。
問107-2

次のイ、ロ、ハ、ニの記述のうち、冷凍装置の材料について正しいものはどれか。
イ.一般の炭素鋼は、低温になると脆くなる性質がある。
ロ.銅やアルミニウムは、低温脆性を起こしにくい。
ハ.応力の単位には、N/mm²(MPa)が用いられる。
ニ.アンモニア冷凍装置の配管には、銅管が適している。

  • ①イ、ニ
  • ②イ、ロ、ハ
  • ③ロ、ニ
  • ④ロ、ハ、ニ
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正解 ②イ、ロ、ハ
解説
材料の選び方を、温度と冷媒の両面から確認する問題です。

各記述の正誤
・イ(正しい):炭素鋼の低温脆性です。
・ロ(正しい):銅やアルミニウムは低温でも粘り強さを保ちます。
・ハ(正しい):応力=力÷面積なので、N/mm²(=MPa)で表します。
・ニ(誤り):アンモニアは銅や銅合金を腐食するので、鋼管を使います。

覚え方のポイント
銅は「低温には強いがアンモニアには弱い」。材料の問題では、どの観点で問われているかに注意しましょう。

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※本ページの問題・解説は、生成AI(人工知能)を活用して作成しています。

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