準学士課程の教育目標 A① 数学・物理・化学などの自然科学、情報技術に関する基礎を理解できる。
準学士課程の教育目標 B① 専門分野における工学の基礎を理解できる。
準学士課程の教育目標 B② 自主的・継続的な学習を通じて、専門工学の基礎科目に関する問題を解くことができる。
概要:
「材料力学」は機械工学系の学生にとっては必須で、なおかつ重要な基礎科目の一つであり、機械・構造物を構成する要素 (部材) に作用する外力・内力 (応力) と変形 (ひずみ) の関係を考える学問である。基本事項をしっかり身につけるとともに、比較的簡単な問題を対象にした材料力学的手法を理解することを目的とする。
授業の進め方・方法:
部材に作用する「応力」や部材の「変形」について、材料力学の基本が十分に理解できるように配慮し、ゆっくりと授業を進める。まず、力・力のモーメント、応力・ひずみの定義などの基本事項を確実に理解し、引張・圧縮・ねじり・曲げの内容を個別に取り上げ、応力とひずみの性質について少し掘り下げて解説する。各人で取り組めるように、かなりの演習間題と課題を準備する。
注意点:
受身の受講では理解が深まらないことを自覚しておいてほしい。
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週 |
授業内容 |
週ごとの到達目標 |
| 前期 |
| 1stQ |
| 1週 |
材料力学とは？、材料力学の目的
材料の機械的性質１ 荷重、弾性と塑性 |
機械工学における「材料力学」の大切さを理解できる。
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| 2週 |
材料の機械的性質２ 応力・ひずみの定義、応力－ひずみ曲線、延性とぜい性 |
応力・ひずみの定義を理解し、応力－ひずみ曲線を説明できる。
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| 3週 |
引張と圧縮１ 引張・圧縮応力、引張・圧縮ひずみ |
引張・圧縮応力、引張・圧縮ひずみを理解し、計算できる。
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| 4週 |
引張と圧縮２ フックの法則、弾性係数、ポアソン比 |
フックの法則を理解し、部材の応力・変形を計算できる。
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| 5週 |
引張と圧縮３ 自重を考慮した棒の応力と変形、静定トラスの応力と変形 |
自重・静定トラスを理解し、部材の応力と変形を計算できる。
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| 6週 |
引張と圧縮４ 熱応力、不静定問題の応力と変形 |
組合せ棒・熱応力・不静定トラスについて、部材の応力と変形を計算できる。
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| 7週 |
引張と圧縮５ 安全率、許容応力 |
許容応力の定義を理解し、安全率を考慮した部材寸法を計算できる。
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| 8週 |
前学期中間試験 |
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| 2ndQ |
| 9週 |
前学期中間試験の返却・解答・解説
引張と圧縮６ 静定・不静定の総復習 |
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| 10週 |
せん断とねじり１ せん断応力、せん断ひずみ、せん断でのフックの法則 |
せん断でのフックの法則を理解できる。
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| 11週 |
せん断とねじり２ 縦弾性係数・横弾性係数・ポアソン比の関係 |
縦弾性係数と横弾性係数の関係を理解できる。
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| 12週 |
せん断とねじり３ ねじりモーメント、断面二次極モーメント、極断面係数、ねじり角 |
ねじり現象を理解し、断面二次極モーメント・極断面係数を計算できる。
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| 13週 |
せん断とねじり４ ねじりによるせん断応力と変形、許容せん断応力 |
丸棒および中空丸棒について、ねじりによる応力と変形を計算できる。
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| 14週 |
せん断とねじり５ 動力伝動軸、トルク、伝動軸の設計 |
動力とトルクの関係を理解し、動力伝動軸の設計ができる。
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| 15週 |
せん断とねじり６ 不静定ねじり部材（両端固定、組合せ棒） |
ねじりでの変形のつりあいを理解し、不静定ねじり問題に適用できる。
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| 16週 |
前学期期末試験 |
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| 後期 |
| 3rdQ |
| 1週 |
前学期期末試験の返却・解答・解説
せん断とねじり７ ねじり問題の総復習 |
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| 2週 |
曲げ１ はりの種類、力の種類、支持方法、支持力と支持モーメント |
はりの種類、力の種類、支持方法を理解し、説明できる。
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| 3週 |
曲げ２ 力のつりあい、力モーメントのつりあい、せん断力と曲げモーメント |
任意断面に作用するせん断力と曲げモーメントを計算できる。
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| 4週 |
曲げ３ 集中荷重が作用する片持ちはり（SFD、BMD、Mmax） |
せん断力線図と曲げモーメント線図を描き、最大曲げモーメントを表現できる。
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| 5週 |
曲げ４ 分布荷重が作用する片持ちはり（SFD、BMD、Mmax） |
せん断力線図と曲げモーメント線図を描き、最大曲げモーメントを表現できる。
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| 6週 |
曲げ５ 集中荷重が作用する両端支持はり（SFD、BMD、Mmax） |
せん断力線図と曲げモーメント線図を描き、最大曲げモーメントを表現できる。
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| 7週 |
曲げ６ 分布荷重が作用する両端支持はり（SFD、BMD、Mmax） |
せん断力線図と曲げモーメント線図を描き、最大曲げモーメントを表現できる。
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| 8週 |
後学期中間試験 |
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| 4thQ |
| 9週 |
前学期中間試験の返却・解答・解説
曲げ７ SFD・BMD・Mmaxの総復習 |
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| 10週 |
曲げ８ 荷重・せん断力・曲げモーメントの関係 |
荷重・せん断力・曲げモーメントの関係を理解し、説明できる。
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| 11週 |
曲げ９ はりの変形、中立軸、中立面、曲げによるひずみと応力の定義 |
はりの変形を理解し、曲げによるひずみと応力の定義を説明できる。
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| 12週 |
曲げ10 曲げ剛性、断面係数、曲げ応力 |
曲げモーメントによる曲げ応力、断面内での応力分布を計算できる。
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| 13週 |
曲げ11 断面一次モーメントと図心、断面二次モーメント |
断面一次モーメントおよび断面二次モーメントを理解し、導出できる。
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| 14週 |
曲げ12 断面二次モーメントの平行軸の定理・直交軸の定理・重ね合わせ |
代表的な断面形状の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 |
曲げ13 最大曲げ応力、はり断面の設計 |
曲げモーメントによる最大曲げ応力を計算し、はり断面寸法を決定できる。
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| 16週 |
定期試験 |
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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 | 力学 | 荷重が作用した時の材料の変形を説明できる。 | 3 | 前1,前2 |
| 応力とひずみを説明できる。 | 3 | 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。 | 3 | 前4,前5,前10 |
| 応力-ひずみ線図を説明できる。 | 3 | 前2 |
| 許容応力と安全率を説明できる。 | 3 | 前7 |
| 断面が変化する棒について、応力と伸びを計算できる。 | 2 | 前4 |
| 棒の自重よって生じる応力とひずみを計算できる。 | 3 | 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。 | 3 | 前6,前9 |
| 線膨張係数の意味を理解し、熱応力を計算できる。 | 3 | 前6,前9 |
| 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。 | 3 | 前12,前13,前14,前15 |
| 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。 | 3 | 前12,前13,前14,前15 |
| 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。 | 3 | 前12,前13,前14,前15 |
| 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。 | 3 | 後2 |
| 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。 | 3 | 後3,後4,後5,後6,後7 |
| 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。 | 3 | 後4,後5,後6,後7 |
| 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。 | 2 | 後11,後12,後15 |
| 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。 | 2 | 後13,後14,後15 |