材料力学

科目基礎情報

学校	都城工業高等専門学校	開講年度	2018
授業科目	材料力学
科目番号	0050	科目区分	専門 / 必修
授業形態	講義	単位の種別と単位数	学修単位: 2
開設学科	機械工学科	対象学年	4
開設期	通年	週時間数	1
教科書/教材	竹園茂男　著　「基礎　材料力学」(朝倉書店)
担当教員	高橋 明宏

到達目標

１）ねじり作用を受ける棒のねじり応力とねじれ角を計算できること。
２）平面応力問題を理解し，主応力等を解くことができること。
３）座屈荷重および安全率を考慮して柱を設計できること。
４）ひずみエネルギーの基本的事項が理解でき，エネルギー法にて変形解析ができること。

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(可)
評価到達目標項目１	各種断面の棒のねじり応力分布を理解できる。発展問題を解くことができる。	ねじり作用を受ける棒のねじり応力とねじれ角の基本計算ができる。	ねじり作用を受ける棒のねじり応力とねじれ角の一部を説明することができる。
評価到達目標項目2	平面応力・平面ひずみを理解し，主応力等に関する応用問題を解くことができる。	平面応力問題を理解し，主応力等の基本問題を解くことができる。	平面応力問題を理解し，主応力等を解くことができること
評価到達目標項目3	各支持の柱における座屈荷重解析を理解し、安全率を考慮した柱が設計できる。	オイラーの座屈荷重の式の解析を理解し、基本的な座屈荷重計算を解くことができる。	座屈荷重に関して一部の説明ができる。
評価到達目標項目4	ひずみエネルギーの基本的事項が理解でき，エネルギー法での変形解析の応用問題を解くことができる。	ひずみエネルギーの基本的事項が理解でき，エネルギー法にて基本的な変形解析ができる。	ひずみエネルギーの基本的事項（エネルギー解析法）の一部が説明できる。

教育方法等

概要:

３年生で学んだ材料力学の基礎的事項を理解の上、ねじり作用による応力と変形、組み合わせ応力、柱の座屈問題、引張・圧縮・曲げ・ねじりによるひずみエネルギー、衝撃応力と変形、薄肉円筒と厚肉円筒など、３年生よりも高度な事項を学ぶ。

授業の進め方・方法:

２年次物理で習った「仕事と力学的エネルギー」、３年次微分積分学の微分方程式の基礎、３年次材料力学で用いたテキストの練習問題を十分自己学習し復習しておくこと。当授業で学ぶ各項目を授業前に読んで、例題を自力で解いて十分な自己学習をしておくこと。

注意点:

授業計画

		週	授業内容	週ごとの到達目標
前期
	1stQ
		1週	授業計画・達成目標・成績の評価方法等の説明、丸棒のねじり応力と断面二次極モーメント	ねじり応力と断面二次極モーメントの演習問題を計算できる。
		2週	丸棒のねじり応力と断面二次極モーメント	ねじり応力に関する演習問題を計算できる。
		3週	ねじれ角と比ねじれ角	ねじり変形に関する演習問題を計算できる。
		4週	様々な断面のねじり変形	各種断面棒のねじれ変形に関する最大応力を計算できる。
		5週	ひずみエネルギーの概念	各種負荷様式に関するひずみエネルギーの説明ができ、演習問題を計算できる。
		6週	引張・圧縮のひずみエネルギー	引張・圧縮を受ける部材のひずみエネルギーの演習問題が計算できる。
		7週	曲げ・せん断のひずみエネルギー	曲げあるいはせん断の作用を受ける部材のひずみエネルギーの演習問題が計算できる。
		8週	エネルギー法による衝撃応力解析	エネルギー法に基づいて衝撃応力に関する演習問題を計算できる。
	2ndQ
		9週	前期中間試験、試験問題の解説及びポートフォリオの記入
		10週	マックスウェルの相反定理	マックスウェルの相反定理を活用した変形解析に関する演習問題が計算できる。
		11週	カスチリアノの定理	カスチリアノの定理を活用した変形解析に関する演習問題が計算できる。
		12週	エネルギー法による変形解析	カスチリアノの定理を活用した変形解析に関する演習問題が計算できる。
		13週	任意の点の応力状態と主応力	組合せ応力の概念を説明できる。
		14週	平面応力状態とモールの応力円	平面応力状態とモールの応力円に関する演習問題を計算できる。
		15週	曲げねじり	曲げねじりに関する最大応力の演習問題が計算できる。
		16週	多軸応力状態	多軸応力状態の演習問題が計算できる。
後期
	3rdQ
		1週	前期末試験、試験問題の解説及びポートフォリオの記入
		2週	座屈の定義と変形解析	座屈荷重や安全な柱に関する設計問題を計算することができる。
		3週	偏心荷重による座屈	偏心荷重を受けたときの座屈現象について説明できる。
		4週	薄肉円筒	薄肉円筒内に生じる各応力を計算できる。
		5週	球殻	球殻内に生じる各応力を計算できる。
		6週	厚肉円筒	厚肉円筒内に生じる応力を計算できる。
		7週	厚肉円筒	厚肉円筒内に生じる応力を計算できる。
		8週	軸のはめ合い	厚肉円筒が重なった際に生じる応力分布を説明できる。
	4thQ
		9週	後期中間試験、試験問題の解説及びポートフォリオの記入
		10週	自学自習	伝動軸に関する計算問題を解くことができる。
		11週	自学自習	ねじりの作用を受ける中空軸と中実軸の計算問題を解くことができる。。
		12週	自学自習	トラス構造の節点変位をエネルギー法を用いて解くことができる。
		13週	自学自習	仮想荷重を用いて、任意の点の変形解析ができる。
		14週	自学自習	弾性係数間の関係を純粋せん断に基づいて説明することができる。
		15週	自学自習	薄肉円筒と厚肉円筒の最大応力に関する計算問題を解くことができる。
		16週	自学自習	厚肉円筒に関するナビエの式を証明することができる。

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	機械設計	軸の強度、変形、危険速度を計算できる。	4
			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
				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
				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
				多軸応力の意味を説明できる。	4
				二軸応力について、任意の斜面上に作用する応力、主応力と主せん断応力をモールの応力円を用いて計算できる。	4
				部材が引張や圧縮を受ける場合のひずみエネルギーを計算できる。	4
				部材が曲げやねじりを受ける場合のひずみエネルギーを計算できる。	4
				カスティリアノの定理を理解し、不静定はりの問題などに適用できる。	4

評価割合

	試験	レポート	合計
総合評価割合	80	20	100
知識の基本的な 理解	60	20	80
思考・推論・創造 へ の 適 応 力	20	0	20