機械工学特論Ⅰ

科目基礎情報

学校	群馬工業高等専門学校	開講年度	令和06年度 (2024年度)
授業科目	機械工学特論Ⅰ
科目番号	5M019	科目区分	専門 / 選択
授業形態	授業	単位の種別と単位数	学修単位: 2
開設学科	機械工学科	対象学年	5
開設期	後期	週時間数	2
教科書/教材	教科書：JSME テキストシリーズ「流体力学」，日本機械学会，978-4-88898-333-4
担当教員	矢口 久雄

到達目標

□ ひずみ速度や渦度について説明できる．
□ 応力テンソルや速度勾配テンソルについて説明できる．
□ ナヴィエ・ストークス方程式の導出について説明できる．
□ 循環の概念を理解し，それらを計算で求めることができる．
□ 速度ポテンシャルや流れ関数について説明できる．
□ 複素速度ポテンシャルについて理解し，それを用いた簡単な解析ができる．

ルーブリック

	理想的な到達レベルの目安	標準的な到達レベルの目安	未到達レベルの目安
評価項目1	ひずみ速度や渦度について十分に説明できる．	ひずみ速度や渦度について説明できる．	ひずみ速度や渦度について説明できない．
評価項目2	応力テンソルや速度勾配テンソルについて十分に説明できる．	応力テンソルや速度勾配テンソルについて説明できる．	応力テンソルや速度勾配テンソルについて説明できない．
評価項目3	ナヴィエ・ストークス方程式を実際に導出できる．	ナヴィエ・ストークス方程式の導出について説明できる．	ナヴィエ・ストークス方程式の導出について説明できない．
評価項目4	循環や渦度を計算でき，それらを用いた応用的な問題を解くことができる．	循環や渦度を計算することができる．	循環や渦度を計算することができない．
評価項目5	速度ポテンシャルや流れ関数について十分に説明できる．	速度ポテンシャルや流れ関数について説明できる．	速度ポテンシャルや流れ関数について説明できない．
評価項目6	複素速度ポテンシャルについて理解し，それを用いた簡単な解析ができる．	複素速度ポテンシャルについて説明できる．	複素速度ポテンシャルについて説明できない．

教育方法等

概要:

機械工学特論Iでは，流体工学IIで扱った「ナヴィエ・ストークス方程式」を導出してその成り立ちについて理解するとともに，速度ポテンシャルや流れ関数，複素速度ポテンシャルなどを用いた応用数学的な解析手法について学修する．

授業の進め方・方法:

流れの一般的な概念や解析方法について学習を進める．公式の暗記に頼るのではなく，物理的な原理や法則を「理解する」ことが強く求められる．

注意点:

【事前に行う準備学習】本科目は学修単位のため，授業時間の30時間に加えて，自学自習時間が60時間必要である．具体的には，前回の授業の復習やノートのまとめ，レポート作成などを自学自習にて行うこと．

授業計画

		週	授業内容	週ごとの到達目標
後期
	3rdQ
		1週	流体の変形・回転	・伸びひずみ速度とせん断ひずみ速度の定義を説明できる． ・渦度の定義を説明できる． ・流速から渦度を求める計算ができる． ・剛体渦の角速度と渦度の関係を説明できる．
		2週	速度勾配テンソル	・速度勾配テンソルについて説明できる． ・速度勾配テンソルが変形と回転を表すテンソルに分解できることを説明できる．
		3週	応力テンソル	・応力テンソルの定義と性質について説明できる．
		4週	速度勾配テンソルと応力テンソルの関係	・ニュートン流体の仮定から速度勾配テンソルと応力テンソルの関係を導出できる．
		5週	任意の面に作用する応力ベクトル	・応力テンソルを用いて任意の面に作用する応力ベクトルを求める計算ができる．
		6週	応力テンソルと流体の変形・回転の関係	・伸びひずみ速度，せん断ひずみ速度，渦度を用いて応力テンソルの各成分を表すことができる．
		7週	ナビエ・ストークス方程式の導出	・ナヴィエ・ストークス方程式の導出について説明できる． ・ナビエ・ストークス方程式のベクトル表示を成分表示に直すことができる．
		8週	中間試験
	4thQ
		9週	循環と渦度	・循環を求める計算ができる． ・循環と渦度の関係を説明できる．
		10週	速度ポテンシャル	・速度ポテンシャルの定義について説明できる． ・渦なし流れであることと速度ポテンシャルの存在することが必要十分条件の関係にあることを説明できる．
		11週	流れ関数	・流れ関数の定義と性質について説明できる． ・流れ関数と流線の関係を説明できる．
		12週	複素速度ポテンシャル(1)	・複素速度ポテンシャルの基本的な性質を説明できる． ・一様流及び傾きを有する場合の一様流について解析ができる． ・自由渦について解析ができる．
		13週	複素速度ポテンシャル(2)	・2重極について解析ができる． ・一様流中に置かれた円柱まわりの流れについて解析ができる．
		14週	複素速度ポテンシャル(3)	・一様流中に置かれた回転円柱まわりの流れについて解析ができる． ・ダランベールのパラドックス及びマグヌス効果について説明できる．
		15週	答案返却，複素速度ポテンシャルの補足	・等角写像の基本的性質を説明できる． ・ジューコフスキー変換について基本的な計算ができる
		16週

評価割合

	試験	課題		合計
総合評価割合	80	20	0	100
基礎的能力	0	0	0	0
専門的能力	80	20	0	100
分野横断的能力	0	0	0	0