理工学部Faculty of Science and Engineering
MEC300XB（機械工学 / Mechanical engineering 300）計算力学Computational Mechanics
平野 元久Motohisa HIRANO
授業コードなどClass code etc
| 学部・研究科Faculty/Graduate school | 理工学部Faculty of Science and Engineering |
| 添付ファイル名Attached documents | |
| 年度Year | 2021 |
| 授業コードClass code | H5061 |
| 旧授業コードPrevious Class code | |
| 旧科目名Previous Class title | |
| 開講時期Term | 秋学期授業/Fall |
| 曜日・時限Day/Period | 月3/Mon.3 |
| 科目種別Class Type | |
| キャンパスCampus | 小金井 |
| 教室名称Classroom name | |
| 配当年次Grade | |
| 単位数Credit(s) | |
| 備考（履修条件等）Notes | |
| 他学部公開科目Open Courses | |
| 他学部公開（履修条件等）Open Courses (Notes) | |
| グローバル・オープン科目Global Open Courses | |
| 成績優秀者の他学部科目履修制度対象Interdepartmental class taking system for Academic Achievers | |
| 成績優秀者の他学部科目履修（履修条件等）Interdepartmental class taking system for Academic Achievers (Notes) | |
| 実務経験のある教員による授業科目Class taught by instructors with practical experience | |
| SDGsCPSDGs CP | |
| アーバンデザインCPUrban Design CP | |
| ダイバーシティCPDiversity CP | |
| 未来教室CPLearning for the Future CP | |
| カーボンニュートラルCPCarbon Neutral CP | |
| 千代田コンソ単位互換提供（他大学向け）Chiyoda Campus Consortium | |
| カテゴリー＜理工学部＞Category |
機械工学科機械工学専修 学科専門科目 |
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Outline (in English)
In the field of designing and manufacturing enterprises, design and manufacturing technology utilizing the computing capacity of computers, computer-aided engineering design technology called so-called "CAE (Computer-Aided Engineering)" widely spread, in place of manual mechanical design , Plays an important role in productivity improvement and quality improvement. In this lesson, for the purpose of understanding the fundamental theory of finite element method, analytics · mathematical foundation of linear algebra, solving elastic problem based on energy variation principle, and multi-element coalition of finite element method using MATLAB Learn programming techniques for equation solving.
授業で使用する言語Default language used in class
日本語 / Japanese
授業の概要と目的（何を学ぶか）Outline and objectives
企業の設計・製造の現場では，人手による機械設計にかわって，コンピュータの計算能力を活用した，設計・製造技術，いわゆる「CAE(Computer-Aided Engineering)」と呼ばれるコンピュータ支援設計技術 が広く普及し，生産性向上・品質向上に重要な役割を演じている．この授業では，有限要素法の基礎理論を理解することを目的として，解析学・線形代数の数学基礎，エネルギー変分原理に基づく弾性問題の解法，および，MATLABを用いた有限要素法の多元連立方程式解法のプログラミング技法を修得する．
到達目標Goal
工業製品の製造現場では，使い勝手のよいコンピュータソフトウェアアプリケーションが普及し活用されているが，正しくソフトウェアを利用するには，その動作原理の基礎を，数学・物理・機械工学などの観点から正しく理解することが重要である．この授業の到達目標は，(1) 有限要素法の理解に必要な解析学などの数学の基礎を修得すること，(2) 材料変形などの諸現象を表わす微分方程式を有限要素法の方程式として導けるようになること，(3) 境界条件を正しく扱い，導いた有限要素法の方程式をプログラミング技法によって数値的に解くコン
この授業を履修することで学部等のディプロマポリシーに示されたどの能力を習得することができるか（該当授業科目と学位授与方針に明示された学習成果との関連）Which item of the diploma policy will be obtained by taking this class?
ディプロマポリシーのうち、「DP1」と「DP2」と「DP4」に関連
授業で使用する言語Default language used in class
日本語 / Japanese
授業の進め方と方法Method(s)（学期の途中で変更になる場合には、別途提示します。 /If the Method(s) is changed, we will announce the details of any changes. ）
有限要素法を中心とした計算力学は，構造設計にとどまらず流体力学や環境問題にかかわる大気汚染物質飛散予測など様々な問題を解決するために用いられている．本講義では，正しいモデル化やシミュレーションを行うことができる能力を身につけることを目的に，計算力学の基礎，特に有限要素法の考え方を中心に学び，実習をとおして実務において有限要素法を使うために必要となる基礎的事項を理解する．適時、提出された課題に対してフィードバックを行う。 適時、学習等の実施内容に対してフィードバックを行う。 適時、質疑によって受講生の疑問にフィードバックを行う。
アクティブラーニング（グループディスカッション、ディベート等）の実施Active learning in class (Group discussion, Debate.etc.)
なし / No
フィールドワーク（学外での実習等）の実施Fieldwork in class
なし / No
授業計画Schedule
※各回の授業形態は予定です。教員の指示に従ってください。
第1回：計算力学概論
有限要素法概論.
第2回：マトリックス変位法
(1)線形代数の基礎
(2)剛性マトリックスの導出
第3回：1次元有限要素法(1)
全体剛性方程式の解法のMATLABプログラミング．
第4回：1次元有限要素法(2)
仮想仕事の原理
第5回：1次元有限要素法(3)
仮想仕事の原理
第6回：2次元有限要素法(1)
(1)全体剛性方程式の解法のMATLABプログラミング
第7回：2次元有限要素法(2)
平面応力解析
第8回：中間試験
中間時の理解度確認
第9回：はりの有限要素法(1)
集中荷重・分布荷重を受ける片持ちはり
第10回：はりの有限要素法(2)
剛性マトリックスの導出
第11回：はりの有限要素法(3)
剛性マトリックスの導出
第12回：はりの有限要素法(4)
不静定はり
第13回：はりの有限要素法(4)
連続はり
第14回：期末試験
総合評価試験
授業時間外の学習（準備学習・復習・宿題等）Work to be done outside of class (preparation, etc.)
【本授業の準備・復習等の授業時間外学習は、4時間を標準とする】(1) 各授業テーマ課題に関するテキスト，宿題を実施する．(2) 授業中の学習だけでは本当の理解を得られない．自発的に学ぶ学習態度が必須である．
テキスト（教科書）Textbooks
教材を「授業支援システム」等を用いで配布する．
参考書References
長岐滋：Javaによるはじめての有限要素法，コロナ社
成績評価の方法と基準Grading criteria
授業中の課題を10%，中間試験30%，レポート課題を60%の割合で評価する．出席日数が全体の2/3に満たない場合，評価対象外(E)とする．30分を超える遅刻については，特別な理由が無い限り，欠席とする．
学生の意見等からの気づきChanges following student comments
(1) 演習課題・小テストを実施し，理解度を確認して進める．(2) 演習課題の実施によって，有限要素プログラムを自力で作成できるようにする．(3) 理解度を上げるため，理解の状況や進捗に合わせて授業計画の順序や内容を柔軟に変更する．
学生が準備すべき機器他Equipment student needs to prepare
授業中の演題実習では，大学貸与ノートPCにインストールされている，機械工学においても有用なアプリケーションソフトであるMATLABをを用いるので，第2回講義から持参してください．ノートＰＣを持参しないと受講できないので注意して下さい．
その他の重要事項Others
大学生活は，社会に出て就職する前の最後の準備期間(学習期間)である．社会人となると，学生時代のような手厚い教育を受ける機会は激減する．そのため，社会に出るまでに，独力で学習できる技術・能力・心構えを身に付けられると良い．この能力と技能は生涯に渡って必要なものであり，社会に出た後，どの分野に進んだとしても必ず役に立つ．