概要:
材料力学は機械や構造物の部材の強度や変形に関する学問であり、機械装置の設計には欠かすことの出来ない、機械を学ぶ者にとって重要な基礎工学の科目である。3学年では、材料力学の基礎的な部分である、引っ張り/圧縮応力、組合わせ応力,梁のせん断力と曲げモ-メント、梁の曲げ応力分布等について学習し、解析力と応用力を養う。
授業の進め方・方法:
参考書:工学基礎 材料力学:清家政一郎:共立出版
「工学基礎 材料力学」は4年次の教科書です
【授業形式・視聴覚・機器等の活用】
座学形式で行う
注意点:
【メッセージ】
基礎的な理論だけでなく、実際に扱われている機械や、人間工学的な側面にも分野を広げ、さまざまな機構や設計に
対する取り組みを学習してもらいたい。
【事前に行う準備学習】
物理の力学領域,三角関数,微積分
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週 |
授業内容 |
週ごとの到達目標 |
前期 |
1stQ |
1週 |
釣り合い方程式 力とひずみ |
荷重の種類および荷重による材料の変形を説明できる。 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できる。 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。 一点に作用する力のつりあい条件を説明できる。
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2週 |
応力の定義 |
応力とひずみを説明できる。 断面が変化する棒について、応力と伸びを計算できる。
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3週 |
ひずみの定義 垂直ひずみとせん断ひずみ |
応力とひずみを説明できる。
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4週 |
フックの法則と弾性係数 構成方程式
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フックの法則を理解し、弾性係数を説明できる。
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5週 |
応力ひずみ線図 |
フックの法則を理解し、弾性係数を説明できる。 応力-ひずみ線図を説明できる。
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6週 |
材料の引張り特性 ひずみ速度と応力の関係 |
許容応力と安全率を説明できる。
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7週 |
引張と圧縮 物体力 |
断面が変化する棒について、応力と伸びを計算できる。
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8週 |
応力の方向 物体力と表面力 |
棒の自重よって生じる応力とひずみを計算できる。
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2ndQ |
9週 |
不静定問題 熱応力 |
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。
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10週 |
適合方程式 線膨張係数と温度ひずみ |
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。 線膨張係数の意味を理解し、熱応力を計算できる。
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11週 |
組み合わせ応力 斜面の応力 |
多軸応力の意味を説明できる。
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12週 |
主応力 応力の主軸 せん断応力 |
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計算できる。
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13週 |
モールの応力円 2次元問題
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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計算できる。
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14週 |
応力円の作図方法 平面応力問題 |
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計算できる。
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15週 |
テスト返却 |
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16週 |
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後期 |
3rdQ |
1週 |
圧力容器
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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計算できる。
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2週 |
薄肉圧力殻の応力 |
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計算できる。
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3週 |
応力円の応用 |
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計算できる。
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4週 |
曲げモーメントとせん断力の定義 |
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。
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5週 |
曲げモーメント、せん断応力、 |
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。
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6週 |
分布荷重の間の関係 SFD の作図方法
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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。
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7週 |
BMD の作図方法 片持ち梁と両端支持梁 |
各種の荷重が作用するはりのせん断力図と曲げモーメント図を作成できる。
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8週 |
断面係数と断面二次モーメントの計算方法 |
各種の荷重が作用するはりのせん断力図と曲げモーメント図を作成できる。 各種断面の図心、断面二次モーメントおよび断面係数を計算できる。
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4thQ |
9週 |
梁の曲げ応力 曲げ応力の解法 |
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。
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10週 |
はりのたわみ 弾性曲線の基礎式 |
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。
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11週 |
たわみの基礎式の誘導 |
各種のはりについて、たわみ角とたわみを計算できる。
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12週 |
弾性曲線からのたわみ角とたわみの解法 |
各種のはりについて、たわみ角とたわみを計算できる。
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13週 |
集中荷重が働く場合 分布荷重が働く場合 |
各種のはりについて、たわみ角とたわみを計算できる。
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14週 |
片持ち梁と両端支持梁 |
各種のはりについて、たわみ角とたわみを計算できる。
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15週 |
テスト返却 |
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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 |
基礎的能力 | 数学 | 数学 | 数学 | 三角関数を含む簡単な方程式を解くことができる。 | 3 | |
簡単な場合について、円の方程式を求めることができる。 | 3 | |
関数の増減表を書いて、極値を求め、グラフの概形をかくことができる。 | 3 | |
極値を利用して、関数の最大値・最小値を求めることができる。 | 3 | |
簡単な場合について、関数の接線の方程式を求めることができる。 | 3 | |
2次の導関数を利用して、グラフの凹凸を調べることができる。 | 3 | |
関数の媒介変数表示を理解し、媒介変数を利用して、その導関数を求めることができる。 | 3 | |
不定積分の定義を理解し、簡単な不定積分を求めることができる。 | 3 | |
置換積分および部分積分を用いて、不定積分や定積分を求めることができる。 | 3 | |
定積分の定義と微積分の基本定理を理解し、簡単な定積分を求めることができる。 | 3 | |
分数関数・無理関数・三角関数・指数関数・対数関数の不定積分・定積分を求めることができる。 | 3 | |
簡単な場合について、曲線で囲まれた図形の面積を定積分で求めることができる。 | 3 | |
簡単な場合について、曲線の長さを定積分で求めることができる。 | 3 | |
簡単な場合について、立体の体積を定積分で求めることができる。 | 3 | |
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 | 前1,前2 |
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 | 前1,前2 |
一点に作用する力のつりあい条件を説明できる。 | 4 | 前1,前2 |
力のモーメントの意味を理解し、計算できる。 | 4 | 後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 | 後4 |
着力点が異なる力のつりあい条件を説明できる。 | 4 | 後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 | |
荷重が作用した時の材料の変形を説明できる。 | 4 | 前1 |
応力とひずみを説明できる。 | 4 | 前1,前2 |
フックの法則を理解し、弾性係数を説明できる。 | 4 | 前4 |
許容応力と安全率を説明できる。 | 4 | |
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 | 前9,前10 |
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 | |
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。 | 4 | |
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 | 後5,後6 |
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 | 後5,後6,後7 |
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 | 後7,後9 |
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 | 後8 |
各種のはりについて、たわみ角とたわみを計算できる。 | 4 | 後11,後12,後13,後14,後15 |
多軸応力の意味を説明できる。 | 4 | 前11 |
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 | 前11,前13,前14,前15,後1 |