CAE演習

科目基礎情報

学校 北九州工業高等専門学校 開講年度 2018
授業科目 CAE演習
科目番号 0179 科目区分 専門 / 選択
授業形態 演習 単位の種別と単位数 履修単位: 1
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 「配付資料」および「材料力学 I・II・III で使用した教科書」
担当教員 内田 武

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1CAE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。
授業の進め方と授業内容・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

授業内容・方法 週ごとの到達目標
後期
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。
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。
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。
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。
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)
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)
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。
8週 後学期中間試験
9週 後学期中間試験の返却・解答・解説
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)
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)
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。
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。
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。
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。
16週 定期試験

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60400000100
基礎的能力0000000
専門的能力60400000100
分野横断的能力0000000