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
学習・教育到達度目標 B① 専門分野における工学の基礎を理解できる。
学習・教育到達度目標 C① 実験や実習を通じて、問題解決の実践的な経験を積む。
学習・教育到達度目標 C③ 実験結果から適切な図や表を作り、専門工学基礎知識をもとにその内容を考察することができる。
JABEE SB① 共通基礎知識を用いて、専攻分野における設計・製作・評価・改良など生産に関わる専門工学の基礎を理解できる。
JABEE SC① 専門工学の実践に必要な知識を深め、実験や実習を通じて、問題解決の経験を積む。
JABEE SC③ 実験結果から適切な図や表を作り、専門工学知識をもとに分析し、結論を導き出せる。
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:
授業の属性・履修上の区分
授業計画
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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、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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2ndQ |
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 | 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 | 前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 | 前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 | 前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 | 前6,前7,前10,前11,前12 |
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6,前7,前10,前11,前12 |
各種のはりについて、たわみ角とたわみを計算できる。 | 4 | 前6,前7,前10,前11,前12 |
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 |