本科で習った組み合わせ応力を,主応力,主せん断応力を設計で利用する方法を理解し,それらを強度評価に適用できる.弾性力学の基礎を学び,有限要素法を用いた構造解析を理解し,設計問題に適用できるようになる.簡単なトラス構造物を製作することで強度設計を体験し,実際の「ものつくり」への応用力を身につける.
概要:
弾性力学の基礎を学び,2次元有限要素法,トラス要素を用いた構造解析を理解し,設計問題に適用できるようになる.また,簡単なトラス構造物を製作することで強度評価を体験する.
授業の進め方・方法:
テーマ1「3本の矢」レポート(30%)テーマ2「有限要素解析による強度解析」レポート(30%),テーマ3「トラス構造物の設計,製作,破壊実験」レポート(40%)により評価し,60点以上を合格とする.
注意点:
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週 |
授業内容 |
週ごとの到達目標 |
前期 |
1stQ |
1週 |
ガイダンス,材料力学の復習. |
ガイダンス
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2週 |
テーマ1「3本の矢」破壊実験 |
連続体力学の概要を学び,物理現象を「偏微分方程式」で記述できることを理解できる.
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3週 |
テーマ1「3本の矢」材料力学による理論計算 |
弾性力学におけるひずみの定義,平衡方程式を理解できる.フックの法則との関係も理解できる.
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4週 |
テーマ1「3本の矢」有限要素法による数値解析 |
一次元バネ問題をマトリクス法を用いて解ける.
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5週 |
テーマ1「3本の矢」レポート |
1次元2節点棒要素の有限要素法の定式化を学び,有限要素法の計算手順を理解する.
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6週 |
テーマ2「有限要素解析による強度解析」課題提示,モデル作成,強度計算 |
2次元の4節点アイソパラメトリック要素を学び,応力解析に適用できる.
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7週 |
テーマ2「有限要素解析による強度解析」有限要素法の概説 |
3次元トラス要素を学び,応力解析に適用できる.
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8週 |
テーマ2「有限要素解析による強度解析」レポート |
有限要素法のデータ構造を理解し,例題の入力データを構築できる.
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2ndQ |
9週 |
テーマ3「トラス構造物の設計,製作,破壊実験」課題提示 |
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10週 |
テーマ3「トラス構造物の設計,製作,破壊実験」設計,強度計算 |
現実の問題をトラス構造物としてモデル化できる.
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11週 |
テーマ3「トラス構造物の設計,製作,破壊実験」設計,強度計算 |
トラス要素を用いた有限要素解析が実行できる.
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12週 |
テーマ3「トラス構造物の設計,製作,破壊実験」設計,強度計算 |
有限要素解析を用いて設計解を試行錯誤できる.
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13週 |
テーマ3「トラス構造物の設計,製作,破壊実験」破壊実験 |
アルミ棒を用いてトラス構造を構築できる.
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14週 |
テーマ3「トラス構造物の設計,製作,破壊実験」破壊実験 |
トラス構造物の強度実験を実施し,実際の強度評価が実施できる.
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15週 |
テーマ3「トラス構造物の設計,製作,破壊実験」破壊実験 |
報告書を作成し,構造物の設計,実験,考察ができるようになる.
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16週 |
テーマ3「トラス構造物の設計,製作,破壊実験」 レポート |
レポートを完成する.
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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。 | 5 | |
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。 | 5 | |
一点に作用する力のつりあい条件を説明できる。 | 5 | |
力のモーメントの意味を理解し、計算できる。 | 5 | |
偶力の意味を理解し、偶力のモーメントを計算できる。 | 5 | |
着力点が異なる力のつりあい条件を説明できる。 | 5 | |
荷重が作用した時の材料の変形を説明できる。 | 5 | |
応力とひずみを説明できる。 | 5 | |
フックの法則を理解し、弾性係数を説明できる。 | 5 | |
許容応力と安全率を説明できる。 | 5 | |
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 | |
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 | |
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。 | 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 | |
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。 | 5 | |
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 | |
材料 | 機械材料に求められる性質を説明できる。 | 3 | |