一日１題、技術士（金属）試験問題にチャレンジしよう！

2006/01/26
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■一日一題金属の問題にチャレンジしてみよう。2006/01/26
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◆寒い日々が続きます。朝布団の中で、このメルマガを打っていると
両腕が凍りつきます。◆本日より、たたら探訪記が始まります。
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【第１部；技術士試験にでる金属学】
【第２部；たたら探訪記】
【第３部；最近の興味】今日はお休み
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【第１部；技術士試験にでる金属学】
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【塑性力学基礎の基礎】
◆では、講義を始めましょう。材料に力を加えると、≪弾性変形≫
が起こった後、≪塑性変形≫が起こります。≪弾性変形≫は原子間
距離が変わったため、≪塑性変形≫は≪すべり変形≫が起こったた
めと覚えておきましょう。◆変形のメカニズムについてもう少し詳
しく見てみましょう。弾性変形をしている過程では、≪体積変化≫
と≪せん断変形≫が生じています。これは、力が無くなれば元に戻
ります。さらに力を加えると、せん断変形が≪すべり変形≫を生じ
ます。そして、力を無くしても変形が元に戻らなくなります。これ
が塑性変形なのです。◆せん断変形にすべり変形が加わりだす限界
は、材料に固有です。ある値を超えると材料が力に耐えられなくな
ってすべり変形をし始めます。これを≪降伏≫と呼び、この値は
≪降伏点≫と称します。力がなくなると弾性変形の要素は元に戻る
ので、塑性変形の後は、≪すべり変形≫の部分だけが残ります。
【応力って何？】
◆材料に力を加えると抵抗します。これは、材料内部に力が発生し
押し返すからです。外部の力に応じて発生する力という意味でこの
力を≪応力≫と呼びます。応力の単位は、材料の内部の単位面積あ
たりに生じる力で現します。力÷面積で、≪N/m^2≫もしくは≪Pa≫
で表します。◆応力には２つの種類があります。材料を引き伸ばそう
とする力が働く場合の≪引張り応力≫と、縮めようとする≪圧縮
応力≫です。◆応力は、力の掛かる方向を２つに分解して表します。
材料の中の任意の面に、垂直に働く応力を≪垂直応力≫、面に沿って
働く応力を≪せん断応力≫と呼びます。任意の面に着目すると、
応力は必ずこの二つの応力成分に分解することができます。
【変形エネルギー】
◆弾性変形は、力をかけるとばねのように体積変形をしますのでエネ
ルギーに換算できます。これを≪弾性ひずみエネルギー≫とします。
せん断変形は≪弾性せん断ひずみエネルギー≫です。この二つは
≪弾性エネルギー≫です。物体の内部に蓄えられ、力が無くなると
このエネルギーを使って元の形に戻ろうとします。◆一方、すべり
変形は、その変形の際に≪熱エネルギー≫になって放散してしまい
ます。この放散消滅するエネルギーを≪塑性エネルギー≫と呼びます。
（これが、塑性加工をすると、加工発熱をする理由です。塑性加工
では、熱の逃がし方も重要なテーマになります）◆≪変形エネルギー≫
＝≪弾性ひずみエネルギー≫＋≪弾性せん断エネルギー≫＋≪塑性
エネルギー≫となります。弾性エネルギーは材料に固有の値があり
ますので、外部から十分に大きな変形エネルギーが与えられると、
塑性エネルギーが増えます。つまり、すべり変形がたくさん起こる
≪塑性加工≫が起こった状態になります。
【降伏条件】
◆≪降伏する≫ことは、塑性変形をし始めることです。この条件を
≪降伏条件≫と呼びますが、いくつかの仮説があります。一番単純な
仮説は、せん断応力が、ある≪臨界せん断応力≫を超えた時に降伏を
始めるというものです。材料に３方向に力が掛かっている（これを
≪主応力≫といいます）とすると、この最大のものと最小のものの
差の半分を、≪最大せん断応力≫とする考え方です。この考え方で
降伏する条件を、≪トレスカの降伏条件式≫といい、こういう考え方
を≪最大せん断応力説≫といいます。◆別の考え方もあります。
材料がすべり変形を始めるのは、材料が蓄えたエネルギーが、ある
限界のエネルギー以上になる場合だとする考え方です。エネルギーは
応力の二乗項ですので、トレスカの条件とは異なります。この
≪せん断ひずみエネルギー説≫に基づく降伏条件を≪ミーゼスの降伏
条件≫と呼びます。
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【第２部；たたら探訪記】
日刀保たたら見学記（第一回）
■きっかけ
◆「たたら操業って知っていますか。」平成１７年の春先、東京での
勉強会の帰路、東京大学博物館のI氏が、こう聞いた。「たたらって、
古代製鉄法のことでしょう。私は、近代製鉄をやっているので、知り
ません。」「そうですか。」しばらく、別の話が続いた。話の流れの
中で、ＮＨＫのプロジェクトＸの事が話題になった。「プロジェクトＸ？
僕は見たことがありません。いや、それは嘘になるな。実は、実家に
帰省した時、僕の親父が朝の５時に階下で呼んだんです。『ちょっと
降りて来い。』それで、降りていくと、『そこに座れ。』といって、
おもむろにビデオの電源を入れたんです。『黙って、これを見ろ。』
それが、プロジェクトＸだったんです。何でも、阪神淡路大震災の時に
神戸製鋼の高炉が止まってしまって、それを復旧する過程を描いた物語
だったと記憶しています。面白かったのは面白かったのですが、
なんだか他のは見る気がしなくて。だって、私は今まさに、プロジェ
クトＸの渦中にいるんです。毎日の仕事が、あの決断の連続のような
生活をしているんです。≪kaztecは窮地に陥った。これではだめだ。
周囲の者は、物言わぬまでも、半分あきらめの表情だった。方策が
見つからない。kaztecは決断した。これで行こう。だめで元々、被害は
甚大かもしれないが、手をこまねいているよりはましだ。・・≫のノリの
日常生活で、見る気はしません。」kaztecの長広舌に、辟易したように
Ｉ氏は言った。「そうですか。さっきお話にでた、たたら操業の復活物語
に、私がでているんですがね。」「え？Ｉさんが出演されているん
ですか。」「いや、主人公は、木原村下（むらげ）というたたら技術者
です。私は、原料をお貸ししただけですが。クレジットに名前が出てる
くらいですよ。」たたらとプロジェクトＸのどちらも悪口を言って
しまったkaztecは、冷や汗のかき通りの内房線であった。
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連絡先　　kaztec@aw8.mopera.ne.jp