機械工学の根幹である3力学のうちの1つで、4年次までの継続科目であり、その内容は多く、機械設計における静的強度計算の基礎となる重要な科目である。3年次では部材に作用する引張、圧縮、曲げ、ねじりなどの基本的な力と応力やひずみの概念を学び、部材の変形に関する諸量の計算ができる。
概要:
金属材料の特性、力学的つり合い関係を理解・習得でき、構造物を設計するときの留意点なども学ぶ。また物理や工業力学との関連知識も必要である。
授業の進め方・方法:
教科書を中心として、その内容を適宜、説明し、各項目終了後に、章末問題の解法説明を行う。また、試験前には、補助教材を用いて、演習問題の解法説明も行う。
注意点:
静的な力のつり合い、モーメントのつり合いなどの基礎知識は工業力学などで必要とされ、その計算では微分や積分などの数学的知識も必要となるため、他の科目との関連を考えながら学習する。
〔授業(90分)+自学自習(210分)〕×15回が必要。
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週 |
授業内容 |
週ごとの到達目標 |
前期 |
1stQ |
1週 |
1. 材料力学序論 |
(1) 応力とひずみを理解し、応用できる。 (2) 弾性体における応力とひずみの関係を理解し、応用できる。
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2週 |
1. 材料力学序論(続き1) |
(3) 工業材料の機械的性質を理解し、応用できる。 (4) 安全率と許容応力を理解し、応用できる。
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3週 |
2. 引張と圧縮 |
(1) 軸荷重を受ける棒の関係を理解し、応用できる。 (2) 引張り・圧縮の不静定問題を理解し、応用できる。
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4週 |
2. 引張と圧縮(続き1) |
(1) 軸荷重を受ける棒の関係を理解し、応用できる。 (2) 引張り・圧縮の不静定問題を理解し、応用できる。
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5週 |
2. 引張と圧縮(続き2) |
(1) 軸荷重を受ける棒の関係を理解し、応用できる。 (2) 引張り・圧縮の不静定問題を理解し、応用できる。
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6週 |
2. 引張と圧縮(続き3) |
(3) 熱応力と残留応力を理解し、応用できる。 (4) 骨組構造を理解し、応用できる。
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7週 |
2. 引張と圧縮(続き4) |
(3) 熱応力と残留応力を理解し、応用できる。 (4) 骨組構造を理解し、応用できる。
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8週 |
3. ねじり |
(1) 丸軸のねじりを理解し、応用できる。
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2ndQ |
9週 |
3. ねじり(続き1) |
(2) コイルばねを理解し、応用できる。
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10週 |
4. 真直ばりの曲げモーメントとせん断力 |
(1) はりの支持方法 (2) はりに加わる荷重とモーメントを理解し、応用できる。 (3) 静定ばりを理解し、応用できる。
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11週 |
4. 真直ばりの曲げモーメントとせん断力(続き1) |
(1) はりの支持方法 (2) はりに加わる荷重とモーメントを理解し、応用できる。 (3) 静定ばりを理解し、応用できる。
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12週 |
4. 真直ばりの曲げモーメントとせん断力(続き2) |
(4) はりの断面に生じる力とモーメントを理解し、応用できる。 (5) 曲げモーメント、せん断力および軸力の符号を理解し、応用できる。 (6) せん断力図と曲げモーメント図を理解し、応用できる。
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13週 |
4. 真直ばりの曲げモーメントとせん断力(続き3) |
(4) はりの断面に生じる力とモーメントを理解し、応用できる。 (5) 曲げモーメント、せん断力および軸力の符号を理解し、応用できる。 (6) せん断力図と曲げモーメント図を理解し、応用できる。
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14週 |
4. 真直ばりの曲げモーメントとせん断力(続き4) |
(7) 重ね合せの原理を理解し、応用できる。 (8) 分布荷重、せん断力および曲げモーメントとの関係を理解し、応用できる。
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15週 |
期末試験の返却と解説 |
試験において間違えた部分を自分の課題として把握する。 (非評価項目)
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16週 |
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分類 | 分野 | 学習内容 | 学習内容の到達目標 | 到達レベル | 授業週 |
専門的能力 | 分野別の専門工学 | 機械系分野 | 力学 | 力は、大きさ、向き、作用する点によって表されることを理解し、適用できる。 | 4 | |
一点に作用する力の合成と分解を図で表現でき、合力と分力を計算できる。 | 4 | |
一点に作用する力のつりあい条件を説明できる。 | 4 | |
力のモーメントの意味を理解し、計算できる。 | 4 | |
偶力の意味を理解し、偶力のモーメントを計算できる。 | 4 | |
着力点が異なる力のつりあい条件を説明できる。 | 4 | |
重心の意味を理解し、平板および立体の重心位置を計算できる。 | 4 | |
速度の意味を理解し、等速直線運動における時間と変位の関係を説明できる。 | 4 | |
加速度の意味を理解し、等加速度運動における時間と速度・変位の関係を説明できる。 | 4 | |
運動の第一法則(慣性の法則)を説明できる。 | 4 | |
運動の第二法則を説明でき、力、質量および加速度の関係を運動方程式で表すことができる。 | 4 | |
運動の第三法則(作用反作用の法則)を説明できる。 | 4 | |
周速度、角速度、回転速度の意味を理解し、計算できる。 | 4 | |
向心加速度、向心力、遠心力の意味を理解し、計算できる。 | 4 | |
仕事の意味を理解し、計算できる。 | 4 | |
てこ、滑車、斜面などを用いる場合の仕事を説明できる。 | 4 | |
エネルギーの意味と種類、エネルギー保存の法則を説明できる。 | 4 | |
位置エネルギーと運動エネルギーを計算できる。 | 4 | |
動力の意味を理解し、計算できる。 | 4 | |
すべり摩擦の意味を理解し、摩擦力と摩擦係数の関係を説明できる。 | 4 | |
運動量および運動量保存の法則を説明できる。 | 4 | |
剛体の回転運動を運動方程式で表すことができる。 | 4 | |
平板および立体の慣性モーメントを計算できる。 | 4 | |
荷重が作用した時の材料の変形を説明できる。 | 4 | |
応力とひずみを説明できる。 | 4 | |
フックの法則を理解し、弾性係数を説明できる。 | 4 | |
許容応力と安全率を説明できる。 | 3 | |
両端固定棒や組合せ棒などの不静定問題について、応力を計算できる。 | 4 | |
線膨張係数の意味を理解し、熱応力を計算できる。 | 4 | |
引張荷重や圧縮荷重が作用する棒の応力や変形を計算できる。 | 4 | |
ねじりを受ける丸棒のせん断ひずみとせん断応力を計算できる。 | 4 | |
丸棒および中空丸棒について、断面二次極モーメントと極断面係数を計算できる。 | 4 | |
軸のねじり剛性の意味を理解し、軸のねじれ角を計算できる。 | 4 | |
はりの定義や種類、はりに加わる荷重の種類を説明できる。 | 3 | |
はりに作用する力のつりあい、せん断力および曲げモーメントを計算できる。 | 4 | |
各種の荷重が作用するはりのせん断力線図と曲げモーメント線図を作成できる。 | 4 | |
曲げモーメントによって生じる曲げ応力およびその分布を計算できる。 | 4 | |
各種断面の図心、断面二次モーメントおよび断面係数を理解し、曲げの問題に適用できる。 | 4 | |
各種のはりについて、たわみ角とたわみを計算できる。 | 4 | |
多軸応力の意味を説明できる。 | 4 | |
二軸応力について、任意の斜面上に作用する応力、主応力と主せん断応力をモールの応力円を用いて計算できる。 | 4 | |
部材が引張や圧縮を受ける場合のひずみエネルギーを計算できる。 | 4 | |
部材が曲げやねじりを受ける場合のひずみエネルギーを計算できる。 | 4 | |
カスティリアノの定理を理解し、不静定はりの問題などに適用できる。 | 4 | |