理工学部Faculty of Science and Engineering
MEC300XB(機械工学 / Mechanical engineering 300)固体力学Solid Mechanics
加藤 友規
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 | 2024 |
授業コードClass code | H5059 |
旧授業コードPrevious Class code | |
旧科目名Previous Class title | |
開講時期Term | 春学期授業/Spring |
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 | 小西館‐W203 |
配当年次Grade | 3年 |
単位数Credit(s) | |
備考(履修条件等)Notes | |
他学部公開科目Open Program | |
他学部公開(履修条件等)Open Program (Notes) | |
グローバル・オープン科目Global Open Program | |
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)
V【Course outline】 This course provides a basic knowledge of continuum mechanics for solid. 【Learning Objectives】 At the end of the course, students are expected to achieve the objectives of the class and to acquire preliminary understanding and knowledge for the continuum mechanics for solid. 【Learning activities outside of classroom】 Before/after each class meeting, students will be expected to spend several hours to understand the course content. 【Grading Criteria /Policy】 The total score of 60 or more out of 100 is considered acceptable.
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,固体の力学の基本である弾性・塑性・粘弾性について理解し,SOLIDWORKSやMATLABを用いた有限要素法による解析技法の基本を修得する.
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次の3点です.(1) 有限要素法の基礎を理解し修得すること,(2) 材料の曲げ変形や機械構造物の減衰振動など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,固体の力学に関する各種の課題を数値シミュレーションによって数値的に解けるようになると(4)他者が解析結果などの成果を理解できるように課題をレポートに簡潔に纏め,さらに発表することを求められた場合にはスライドを用いて明瞭にプレゼンすること.最高の成果を出すために、班員などの他者と円滑・適切に協力すること.
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.ほぼ毎回の講義で課題を行うが,提出された課題に対してフィードバックを行う.特に前半の方の授業回では,教員は形成的なフィードバックを心がけるので,受講学生は各自の自己調整的な学習に繋げて頂きたい.
後半の方の授業回では,課題のプレゼンテーションをして頂く計画であるが,発表に対しては教員だけでなく他学生からも意見をコメントして頂き,ディスカッションを深めるとともに,発表者に気づきを与える有効なフィードバックとしたい.
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.)
あり / Yes
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
授業形態/methods of teaching:対面/face to face
※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[対面/face to face]:固体力学の概要と授業の進め方について
(1)固体力学の概要
(2)本授業の進め方
(3)受講者のノートPCとソフトウェアの確認
第2回[対面/face to face]:固体力学とCAE・FEM
(1)固体力学で扱うべき問題
(2)CAE(コンピュータ支援工学)
(3)FEM(有限要素法)
第3回[対面/face to face]:解析対象とモデル
(1)解析対象のモデル
(2)メッシュ・接点・要素と相対誤差
(4)剛性ベクトルと行列
第4回[対面/face to face]:構造解析(1)
(1)円柱モデルの引張り
(2)線形静解析
(3)演習課題
第5回[対面/face to face]:構造解析(2)
(1)材料非線形
(2)陽関数と陰関数
(3)非線形静解析
(4)演習課題
第6回[対面/face to face]:構造解析(3)
(1)梁のたわみ
(2)せん断力と曲げモーメント
(3)線形静解析
(4)演習課題
第7回[対面/face to face]:構造解析(4)
(1)円柱のねじりモデル
(2)ねじり応力の理論
(3)最大主応力とミーゼス応力
(4)演習課題
第8回[対面/face to face]:弾性体の解析
(1)ばねの理論
(2)せん断応力と伸び量
(3)非線形静解析
(4)演習課題
第9回[対面/face to face]:ヘルツ接触応力
(1)ヘルツ接触理論
(2)接触の種類と例
(3)非線形静解析
(4)演習課題
第10回[対面/face to face]:振動解析(1)
(1)一自由度系の減衰自由振動
(2)線形動解析
(3)過渡応答解析
(4)演習課題
(SOLIDWORKSとMATLABの解析結果の比較)
第11回[対面/face to face]:振動解析(2)
(1)一自由度系の減衰強制振動
(2)ハーフパワー法
(3)周波数応答解析
(4)演習課題
(SOLIDWORKSとMATLABの解析結果の比較)
第12回[対面/face to face]:振動解析(3)
(1)多自由度系解析モデル
(2)梁の固有振動数と固有振動モード
(3)演習課題
第13回[対面/face to face]:伝熱解析
(1)伝熱支配方程式
(2)熱伝導率と熱伝達率
(3)構造-熱連成解析
(4)演習課題とプレゼンテーションの作成
第14回[対面/face to face]:解析課題の解法に関するプレゼンテーションとディスカッション
解析課題の解法についてのプレゼンテーションを順番に行い,ディスカッションする.
成果物としてスライドを印刷した物(またはデータ)を提出する.
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
篠原主勲 著:「SOLIDWORKSによるCAE教室-構造解析/振動解析/伝熱解析–」,コロナ社
上記の他,教材を「授業支援システム」等を用いて配布する.
参考書References
小松敬冶 著:「機械構造 弾性力学」,森北出版
有光隆 著:「はじめての固体力学」,講談社
成績評価の方法と基準Grading criteria
ほぼ毎回の授業で課すレポート課題(計画では10回程度)の合計点が90%,プレゼンテーション(計画では1回程度)の評価(解法の適切さ・図表の分かりやすさ・説明の明瞭さ・質問への適切な回答で評価)が10%,の計100%で評価する.
本科目において設定した到達目標を60%以上達成している学生を合格とする.
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
本年度授業担当者変更によりフィードバックできません.
学生が準備すべき機器他Equipment student needs to prepare
授業中の演題や課題では,大学貸与ノートPCにインストールされている,機械工学において有用なアプリケーションソフトであるSOLIDWORKSとMATLABをを用いるので,初回の講義から持参してください.ノートPCを持参しないと課題に取り組むことができなくなるので注意して下さい.
その他の重要事項Others
履修者数にもよりますが,学生を少人数の班に分け,班ごとに課題に取り組んでもらい,課題の解法についてのプレゼンテーションを行い,ディスカッションすることを計画しております.課題の説明や班ごとの取り組みに影響するので,遅刻欠席はしないよう,受講学生の皆さんのご協力をよろしくお願いいたします.
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)です.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します.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です.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ちます.