概要:
材料力学は、外力が作用している材料やそれによって構成される機械や構造物の力学的挙動を取扱う。機械や構造物の設計において、材料力学的計算および実験結果から、外力に対して各部材に各部材に適度な強さと剛さを与えることで破壊や許容範囲を超える変形を防ぐことができる。
授業の進め方・方法:
教科書に沿って授業を進めるが、基本的にスライドと書き込み欄入りの配布プリントを使用して授業を行う。後半には簡単な演習問題を出題する。できなかった場合について宿題となる。
注意点:
・数学の基礎(特に三角関数や微分積分)、物理学(力学)や工業力学を理解しておくこと。
・レポートは期日までに必ず提出すること。(期日を過ぎた場合は減点対象となる)
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週 |
授業内容 |
週ごとの到達目標 |
前期 |
1stQ |
1週 |
材料力学総説と単位 |
材料力学の意義、由来を理解する。また、SI接頭語と指数表記の変換、工学単位と国際単位の単位換算が行える。
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2週 |
引っ張りと圧縮(応力とひずみ、フックの法則、ポアソン比) |
応力とひずみを国際、工業単位の両方で計算でき、ポアソン比から体積変化を計算できる。
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3週 |
引っ張りと圧縮(棒の引っ張りと圧縮、組み合わせ棒の応力と変形) |
段付き棒、トラスの引張りと圧縮について,応力,ひずみなどを計算できる。
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4週 |
引っ張りと圧縮(熱応力) |
温度変化をうける固定された棒について、応力から温度差、温度差から応力を計算できる。
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5週 |
引っ張りと圧縮(棒の不静定問題と安全率)
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不静定問題の基礎的な問題を計算できる。安全率を理解し許容荷重を計算できる。
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6週 |
せん断と捩り(せん断応力とせん断ひずみ、弾性係数間の関係) |
せん断応力あるいはせん断ひずみを横弾性係数を使って計算できる。縦弾性係数、横弾性係数、ポアソン比が互いに独立でないことを理解する。
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7週 |
せん断と捩り(丸棒の捩り) |
トルクと捩り角の関係を理解し、横弾性係数をつかって計算できる。断面二次極モーメント、極断面係数の意味を理解し計算できる。
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8週 |
前期中間試験 |
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2ndQ |
9週 |
せん断と捩り(伝動軸と不静定捩り部材) |
回転軸に動力が加わった時に生じる捩り角と最大せん断応力を計算できる。
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10週 |
はりの曲げ応力(片持ち梁) |
梁の種類を理解し、片持ち梁について曲げモーメント線図、せん断力線図が描ける。
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11週 |
はりの曲げ応力(単純支持梁) |
単純支持針について曲げモーメント線図、せん断力線図が描ける。
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12週 |
梁の曲げ応力(突出し梁、荷重、せん断力および曲げモーメントの関係)
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突出し梁について曲げモーメント線図、せん断力線図が描ける。任意の分布荷重から曲げモーメントを計算できることを理解する。
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13週 |
梁の曲げ応力(曲げ応力) |
断面二次モーメントと曲げの式を理解し、断面係数から最大曲げ応力が計算できる。
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14週 |
梁の曲げ応力(断面形状の性質) |
様々な形状の断面について中立軸の位置、断面二次モーメント、断面係数を計算できる。
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15週 |
これまでの総括と応用問題演習 |
梁の曲げモーメント、曲げ応力について理解を深め、応用問題を解くことができる。
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16週 |
前期期末試験 |
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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 | 機械設計 | 許容応力、安全率、疲労破壊、応力集中の意味を説明できる。 | 4 | 前5 |
ボルトに作用するせん断応力、接触面圧を計算できる。 | 4 | 前6 |
軸の強度、変形、危険速度を計算できる。 | 4 | 前3,前7,前9 |
キーの強度を計算できる。 | 4 | 前6 |
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。 | 4 | 前5 |
一点に作用する力のつりあい条件を説明できる。 | 4 | 前5 |
力のモーメントの意味を理解し、計算できる。 | 4 | 前7,前10,前11 |
偶力の意味を理解し、偶力のモーメントを計算できる。 | 4 | 前7 |
着力点が異なる力のつりあい条件を説明できる。 | 4 | 前10,前11 |
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 | 前14 |
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 | 前7 |
動力の意味を理解し、計算できる。 | 4 | 前7 |
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2,前3,前4 |
フックの法則を理解し、弾性係数を説明できる。 | 4 | 前2,前3,前4 |
許容応力と安全率を説明できる。 | 4 | 前5 |
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 | 前5 |
線膨張係数の意味を理解し、熱応力を計算できる。 | 4 | 前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 | 前3 |
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 | 前7,前9 |
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 | 前7,前9 |
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 | 前7,前9 |
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 | 前10,前11 |
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 | 前10,前11 |
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 | 前10,前11 |
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 | 前13 |
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 | 前14 |
材料 | 引張試験の方法を理解し、応力-ひずみ線図を説明できる。 | 4 | 前1 |
計測制御 | 国際単位系の構成を理解し、SI単位およびSI接頭語を説明できる。 | 4 | 前1,前2 |