数学、力学等の基礎工学の知識を基に、圧力容器、回転体、板等の基本的な構造要素の応力や変形の計算が可能となり、簡単な実体構造物の設計あるいは強度評価の方法を知り、複雑な構造物の設計評価へ応用できる能力が持てる(C-1)さらに、多軸応力の降伏条件一般が理解できる(C-1)
概要:
板、軸対象体等の基本的な2次元問題の応力と変形の計算法理解を学ぶ。二次元応力問題を解くための微分方程式の作成法、解法および解の活用法を学ぶ。座屈を通じて、崩壊の概念および変形後の釣り合いを基にした解析法を学ぶとともに、柱の圧縮強度の設計式の考え方と活用法を学ぶ。
授業の進め方・方法:
実務で役に立つように、実際に用いられる構造物の形状に応じた解が得られるようにすることを学ぶ。
そのため、理論式の導出法、強度支配因子の同定法や種々の設計式、図表類の見方を学ぶ。章毎に演習を行う。
注意点:
事前学習
材料力学の基礎を見直しておく
事後学習
授業での説明内容を復習しておく
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週 |
授業内容 |
週ごとの到達目標 |
前期 |
1stQ |
1週 |
ガイダンスおよび薄肉圧力容器(円筒殻、球殻)の応力、ひずみ、変形計算 |
講義の進め方のポイントを理解し、内外圧を受ける薄肉容器の釣り合い式の導出法を理解する
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2週 |
薄肉圧力容器(円筒殻、球殻)の応力、ひずみ、変形計算 |
薄肉の圧力タンクで用いられる容器に働く応力、変形の計算法が理解できる
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3週 |
上記演習 |
薄肉の圧力タンクで用いられる容器に働く応力の計算が十分にできるようになる
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4週 |
厚肉圧力容器(円筒殻、球殻)の応力、ひずみ、変形計算 |
肉厚方向の応力分布の変化の重要性、とくに内面で高応力となることをを理解する
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5週 |
回転円板(遠心力)の応力、ひずみ、変形計算 |
回転円板の2軸応力の求め方を理解し、軸心部で高応力となることを理解する
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6週 |
上記演習 |
演習により厚肉容器や回転円板の2軸、3軸応力を求めることが出きるようになる
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7週 |
組合せ応力における降伏条件 |
二軸、三軸応力状態の降伏判定をするための相当応力を理解する
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8週 |
組み合わせ応力における降伏条件に関する演習問題 |
上記の応力について、実際に計算できるスキルを得て、多軸応力で降伏応力や許容応力と比較できるようになる
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2ndQ |
9週 |
中間試験 |
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10週 |
試験答案返却、解答解説 柱の座屈(オイラーの座屈条件式)と圧縮強度 |
正しい解答の理解および重要ポイントの確認ができる 柱の座屈の式の導出法と結果について理解する
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11週 |
降伏応力を超えた柱の圧縮強度 |
降伏応力を超えた時の、柱の圧縮挙動を理解する
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12週 |
柱の座屈(オイラーの座屈条件式)と圧縮強度の演習 |
座屈応力、降伏応力および圧縮強度の関係と設計式を演習から理解する
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13週 |
平板の曲げ応力と変形 |
平板の曲げの基礎式の導出法と、数値解を得るための記号、パラメータを理解する
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14週 |
平板の曲げ応力と変形演習 |
演習を通じて、平板の曲げ時のたわみや応力を算出することを可能にする
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15週 |
前期末試験 |
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16週 |
試験答案返却、解答解説 |
正しい解答の理解および重要ポイントの確認ができる
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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。 | 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 | |
物体が衝突するさいに生じる現象を説明できる。 | 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 | |
応力-ひずみ線図を説明できる。 | 4 | |
荷重が作用した時の材料の変形を説明できる。 | 4 | |
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。 | 4 | |
断面が変化する棒について、応力と伸びを計算できる。 | 4 | |
棒の自重よって生じる応力とひずみを計算できる。 | 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。 | 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 | |
振動の種類および調和振動を説明できる。 | 4 | |
不減衰系の自由振動を運動方程式で表し、系の運動を説明できる。 | 4 | |
減衰系の自由振動を運動方程式で表し、系の運動を説明できる。 | 4 | |
調和外力による減衰系の強制振動を運動方程式で表し、系の運動を説明できる。 | 4 | |
調和変位による減衰系の強制振動を運動方程式で表し、系の運動を説明できる。 | 4 | |