到達目標
1. CAE の概念・具体的な利用分野・事例、有限要素法の特徴・解析手順・注意点を理解できる。 B①
2. SolidWorks＋Simulation（または、汎用 FEA ソフト）の基本操作、表計算ソフトによるグラフ処理ができる。 C①③
3. 材料力学問題 (板材や棒材の引張・ねじり・曲げ) の 2 次元弾性解析を行い、材料力学の解との比較・検討ができる。 C①③
4. 応力集中現象を理解し、応力集中問題の 2 次元弾性解析を行い、結果のグラフ化と考察ができる。 C①③
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 | CAE概念やFEAの特徴などを理解し、説明できる。 | CAE概念やFEAの特徴などを理解できる。 | CAE概念やFEAの特徴などを理解できない。 |
| 評価項目2 | 利用ソフトの基本操作を理解の上で、グラフ処理ができる。 | アドバイスをもらって、利用ソフトの基本操作・グラフ処理ができる。 | 利用ソフトの基本操作・グラフ処理ができない。 |
| 評価項目3 | 材料力学問題のFEA適用とともに、結果の比較・検討ができる。 | アドバイスをもらって、材料力学問題のFEA適用とともに、結果の比較・検討ができる。 | 材料力学問題のFEA適用や結果の比較・検討ができない。 |
| 評価項目4 | 応力集中問題のFEA適用とともに、結果のグラフ化・考察ができる。 | アドバイスをもらって、応力集中問題のFEA適用とともに、結果のグラフ化・考察ができる。 | 応力集中問題のFEA適用や結果のグラフ化・考察ができない。 |
学科の到達目標項目との関係
教育方法等
概要:
形状・強度・性能・コスト・生産性・品質・安全性などを満足する「最適設計・最適生産」のために、CAD/CAMなどが利用されるが、強度・性能・デザインなどの解析・評価も取込んで、設計から製造まで一貫してコンピュータの力を借りて処理するテクニックとして「CAE」が常識化している。まず、CAE の概念と事例を理解し、解析・評価の中でよく利用される有限要素法 (FEM) による数値解析について、材料力学問題を対象として学習する。
授業の進め方・方法:
3 年次・4年次の「材料力学」で取扱った問題から、平板や棒材の引張・ねじり・曲げを取上げ、SolidWorks＋Simulation（あるいは、汎用有限要素解析 (FEA) ソフトウェア）による 2 次元モデル解析を行い、材料力学の解との比較・検討を行う。また、断面形状変化に伴う応力集中問題を取上げ、解析後に結果の検討を行う。「モノづくり」に数値解析技術を生かす手法について興味を持ってほしい。授業時間に余裕があれば、剛性方程式 (マトリックス計算) の導出と計算に挑戦する。
注意点:
授業計画
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週 |
授業内容 |
週ごとの到達目標 |
| 後期 |
| 3rdQ |
| 1週 |
ガイダンス、資料配付、
CAEの位置付け・事例紹介 |
CAEの位置付け・具体的事例を理解する。
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| 2週 |
ソフトウェアの操作練習、
FEAの特徴と解析手順 |
利用するソフトウェアの基本操作ができる。
FEAの解析手順と注意点を理解する。
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| 3週 |
演習１ 平板端面に一点集中荷重が作用する引張問題（サンブナンの原理） |
解析要領とともに、解析結果からサンブナンの原理を理解する。
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| 4週 |
演習２ その他の平板問題 |
拘束条件、解析結果の応力値と変形を理解する。
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| 5週 |
演習３ 丸棒のねじり、材料力学との比較 |
解析結果と材料力学の解を比較する。（せん断応力、ねじれ角など）
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| 6週 |
演習４ 集中荷重を受ける片持ちはり、材料力学との比較（グラフ化） |
解析結果と材料力学の解をグラフを描いて比較する。（曲げ応力、たわみなど）
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| 7週 |
課題１ これまでの演習内容に関連する発展型に取組む。（予定） |
作図、拘束条件、外力負荷、解析結果表示、材料力学との比較一連を理解する。
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| 8週 |
後学期中間試験 |
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| 4thQ |
| 9週 |
後学期中間試験の返却・解答・解説
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| 10週 |
演習５ 等分布荷重を受ける片持ちはり、材料力学との比較（グラフ化） |
解析結果と材料力学の解をグラフを描いて比較する。（曲げ応力、たわみなど）
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| 11週 |
演習６ 等分布荷重を受ける両端支持はり、材料力学との比較（グラフ化） |
拘束条件を工夫し、解析結果と材料力学の解をグラフを描いて比較する。（曲げ応力、たわみなど）
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| 12週 |
課題２ はり問題に関連する発展型に取組む。（予定） |
作図、拘束条件、外力負荷、解析結果表示、材料力学との比較一連を理解する。
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| 13週 |
応力集中に関する解説
演習７ １円孔を持つ有限板の引張、解析応力値と厳密解との比較（グラフ化） |
応力集中現象を理解する。
拘束条件を工夫し、解析応力値と厳密解をグラフを描いて比較する。
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| 14週 |
演習７の継続 |
拘束条件を工夫し、解析応力値と厳密解をグラフを描いて比較する。
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| 15週 |
課題３ 応力集中に関する発展型に取組む。（予定） |
作図、拘束条件、外力負荷、解析結果表示、厳密解との比較一連を理解する。
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| 16週 |
定期試験 |
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モデルコアカリキュラムの学習内容と到達目標
| 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 | 製図 | CADシステムの役割と基本機能を理解し、利用できる。 | 3 | 後2 |
| 力学 | 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 | 後5 |
| 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 | 後5 |
| 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 | 後5 |
| 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6,後10,後11 |
| 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6,後10,後11 |
| 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6,後10,後11 |
評価割合
| 試験 | 演習・課題 | 相互評価 | 態度 | ポートフォリオ | その他 | 合計 |
| 総合評価割合 | 60 | 40 | 0 | 0 | 0 | 0 | 100 |
| 基礎的能力 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| 専門的能力 | 60 | 40 | 0 | 0 | 0 | 0 | 100 |
| 分野横断的能力 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |