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年生より高度な事項を学ぶ。この科目は企業で自動車の車体部品に関する設計・開発を担当していた教員が、部材に生じるねじり変形、複合応力、座屈解析、エネルギー法による変形解析等について講義形式にて授業を行うものである。
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。状況によっては遠隔授業を行う場合がある。
注意点:
3年次で学習した材料力学の応力、ひずみに関する基礎的事項、微分積分学の基礎的事項を復習し、理解しておくこと。定期試験の問題文が一部英語である箇所がある。なお、この科目は学修単位の制度を導入している。(指定科目B)
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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、ねじり作用を受ける棒のねじれ角と比ねじれ角 |
授業計画・達成目標・成績評価方法等を説明できる。ねじり変形に関する演習問題を計算できる。
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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。
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3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。
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4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。
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5週 |
曲げのひずみエネルギー |
曲げ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。
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6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。
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7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。
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8週 |
エネルギー法による各はりの反力、変形解析 |
不静定はりについて、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。
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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 |
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10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。
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11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。
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12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。
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13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。
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14週 |
多軸応力状態 |
多軸応力状態の演習問題が計算できる。
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15週 |
引張・圧縮、せん断のひずみエネルギー |
引張・圧縮、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。
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16週 |
不静定ねじり、伝動軸 |
両端固定棒のねじり、伝動軸に関する演習問題が計算できる。
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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 |
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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。
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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。
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4週 |
薄肉円筒 |
薄肉円筒内に生じる各応力を計算できる。
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5週 |
球殻 |
球殻内に生じる各応力を計算できる。
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6週 |
厚肉円筒 |
厚肉円筒内に生じる応力を計算できる。
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7週 |
厚肉円筒 |
厚肉円筒内に生じる応力を計算できる。
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8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 |
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4thQ |
9週 |
自学自習 |
応力とひずみ解析の計算問題を解くことができる。
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10週 |
自学自習 |
回転する伝動軸に関する計算問題を解くことができる。
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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。
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12週 |
自学自習 |
トラス構造の節点変位を解くことができる。
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13週 |
自学自習 |
エネルギー法を応用して部材の変形問題を解くことができる。
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14週 |
自学自習 |
平面応力状態の変形に関する計算問題を解くことができる。
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15週 |
自学自習 |
多軸応力の応力変形に関する計算問題を解くことができる。
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16週 |
自学自習 |
細長い棒の圧縮変形(座屈変形)に関する計算問題を解くことができる。
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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 | 機械設計 | 軸の強度、変形、危険速度を計算できる。 | 4 | 前4,後10,後11 |
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1,前2,前3,前4,後10,後11 |
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2,前3,前4,後10,後11 |
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2,前3,前4,後10,後11 |
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。 | 4 | |
多軸応力の意味を説明できる。 | 4 | 前13,前14,前15,前16,後5,後6,後7,後14 |
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 | 前14,前15,前16,後5,後6,後7,後14 |
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 | 前5,前6,前7,前8,前10,前11,前12,後12 |
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 | 前7,前8,前10,前11,前12,後12 |
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 | 前11,前12,後12 |