理工学部Faculty of Science and Engineering
MEC300XB(機械工学 / Mechanical engineering 300)計算力学計算力学
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 | 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 | |
教室名称Classroom name | 小北館-Nゼミ室2 |
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 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 |
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Outline (in English)
【Course outline】 This course provides a basic knowledge of computational mechanics. 【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 computational mechanics. 【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,コンピュータによる数値解析の基礎理論を理解することを目的として,MATLABを用いた行列計算やデータ処理,微分方程式の解法,フィードバック制御系,電子回路の解析,フーリエ変換など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) 機械振動や電子回路のダイナミクス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) 材料変形や機械振動などの諸現象を表わす微分方程式を導けるようになること,(3) 導いた方程式をプログラミング技法によって数値的に解き解析できるようになること
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,計算力学の基礎として,機械振動や電子回路の運動方程式・微分方程式の導き方を学び,MATLABを用いた実習を通じて,運動や現象の解析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.また適時,学習等の実施内容に対してフィードバックを行う.さらに適時,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[対面/face to face]:計算力学概論
(1)MATLABの動作確認
(2)各種関数・配列の計算
第2回[対面/face to face]:行列と演算
(1)行列の加減乗除
(2)行列式と逆行列
(3)内積と外積
(4)回転の演算子
(5)行列に関する演習
第3回[対面/face to face]:データ処理
(1)データの「総和」「平均値」「分散」
(2)相関係数と近似
(3)データ処理に関する演習
第4回[対面/face to face]:微分方程式の初期値問題と数値解法
(1)運動方程式と微分方程式の導出
(2)オイラー法・ルンゲ・クッタ法による解
(3)微分方程式の解法に関する演習問題
第5回[対面/face to face]:フィードバック制御系(1)
(1)ブロック線図
(2)PID制御
(4)フィードバック制御系に関する演習
第6回[対面/face to face]:フィードバック制御系(2)
(1)惑星の引力
(2)微分先行制御
(3)フィードバック制御に関する演習
第7回[対面/face to face]:電子回路の解析
(1)RC回路と周波数応答
(2)RL回路と周波数応答
(3)RLC回路の周波数応答
(4)電子回路の解析に関する演習
第8回[対面/face to face]:フーリエ解析(1)
(1)データの変換(可逆変換・線形変換・直交変換)
(2)MATLABによるフーリエ変換
(3)フーリエ変換の波形
(4)フーリエ逆変換
(5)既知波形のフーリエ変換
第9回[対面/face to face]:フーリエ解析(2)
(1)機械振動の単振動とベクトル表記
(2)MATLABによるフーリエ級数
(3)フーリエ解析に関する演習問題
第10回[対面/face to face]:フーリエ解析(3)
(1)MATLABを用いた減衰振動の応答解析
(2)鉄道台車の空気ばねのモデル化とシミュレーション
第11回[対面/face to face]:空気圧回路の数値解析(1)
(1)空気圧容器の断熱変化・等温化のモデル化とシミュレーション
(2)空気ばねにおける温度変化による減衰係数への影響
第12回[対面/face to face]:空気圧回路の数値解析(2)
(1)圧力微分計のモデル化とシミュレーション
第13回[対面/face to face]:空気圧回路の数値解析(3)
(1)MATLAB/SIMULINKを用いた空気圧の微分先行制御の例と解析結果
第14回[対面/face to face]:理解度確認テスト,まとめ
第1回~第13回の内容に関する理解度確認テストとまとめを行う.
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
大川善邦:「はじめての MATLAB プログラミング」,工学社
上記のほか,教材を「授業支援システム」等を用いで配布する.
参考書References
小林信之・杉山博之:「MATLABによる振動工学」,東京電機大学出版局
成績評価の方法と基準Grading criteria
最終回以外の授業中に行う課題とレポートを40%,理解度確認試験60%,の割合で評価する.
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
(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,講義にPC
ノートPCを持参してください.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.