連続体の振動学
 Vibration of Continuous System
 担当教員:小沢田 正(KOSAWADA Tadashi)
 担当教員の所属:理工学研究科
 開講学年:3年  開講学期:後期  単位数:2単位  開講形態:講義
 開講対象:機械システム工学科  科目区分:専門科目・選択 
【授業概要】
・テーマ
前半は,バネやはりで連結された質量系(多自由度系)の振動について学習する。後半は,機械・構造物の基本要素として多く使われる弦,棒,はり,板(連続体)の振動について学ぶ。
・到達目標
(1) ニュートンの第2法則またはダランベールの原理に基づき,要素に働く力とモーメントのつりあいから多自由度系および連続体の振動現象を支配する運動方程式を誘導し,これより振動数方程式,固有振動数の導出ができること。
(2) ラグランジュの運動方程式の誘導ができること。
(3) 多自由度系および連続体の振動の振動数方程式,固有振動数,固有振動モード,共振,連成振動,振動制御,振動絶縁,振動利用について具体的な説明ができること。
・キーワード
運動の法則,自由振動,強制振動,ラグランジュの運動方程式,減衰系,多自由度振動系,連続体の振動,共振,連成,振動制御,振動絶縁,振動利用

【科目の位置付け】
機械システム工学科の学習教育目標のうち,(G)機械工学の基礎力(0.5),(H)実践的機械工学(材料・構造工学分野)(0.5)を養成するための科目である.括弧内の数値は重みを示す.

【授業計画】
・授業の方法
1回90分の授業を15週にわたり行います。講義が中心であるが,理解を深めるために,時々演習,レポートを課す。
・日程
<多自由度系の振動>
第1週 2自由度系,3自由度系の振動解析法
(予習)テキスト(P101-105)を読んで連成振動,行列式,振動数方程式,振動モードの意味を確認しておくこと。
(復習)問題4.2から課せられる課題をレポートとして提出すること。
第2週 多自由度系の振動(運動方程式の導出と基本的問題の解析法)
(予習)テキスト(P105-108)を読んでおくこと。
(復習)問題4.2から課せられる課題をレポートとして提出すること。
第3週 多自由度系の振動(応用問題の解析法)
(予習)テキスト(P105-108)を読んでおくこと。
(復習)問題4.2から課せられる課題をレポートとして提出すること。
第4週 ラグランジュの運動方程式(方程式の導出と基本的問題の解析法)
(予習)テキスト(P124-129)を読んでおくこと。
(復習)問題5.2から課せられる課題をレポートとして提出すること。
第5週 ラグランジュの運動方程式(応用問題の解析法)
(予習)テキスト(P130-137)を読んでおくこと。
(復習)問題5.3から課せられる課題をレポートとして提出すること。
<連続体の振動>
第6週 弦の振動(運動方程式の導出と基本的問題の解析法)
(予習)テキスト(P169-174)を読んで,変数分離型微分方程式の解法,フーリエ級数について復習しておくこと。
(復習)問題7.2から課せられる課題をレポートとして提出すること。
第7週 弦の振動(応用問題の解析法)
(予習)テキスト(P174-175)を読んで,部分積分法を復習しておくこと。
(復習)問題7.2から課せられる課題をレポートとして提出すること。
第8週 棒の縦振動(運動方程式の導出と基本的問題の解析法)
(予習)テキスト(P175-180)を読んで,棒の応力,ひずみについて復習しておくこと。
(復習)問題7.4から課せられる課題をレポートとして提出すること。
第9週 棒の縦振動(応用問題の解析法)
(予習)テキスト(P180-185)を読んでおくこと。
(復習)問題7.4から課せられる課題をレポートとして提出すること。
第10週 棒のねじり振動(運動方程式の導出と基本的問題の解析法)
(予習)テキスト(P190-193)を読んで,棒の慣性モーメントについて復習しておくこと。
(復習)問題7.6から課せられる課題をレポートとして提出すること。
第11週 はりの曲げ振動(運動方程式の導出と基本的問題の解析法)
(予習)テキスト(P194-198)を読んで,はりのたわみの基礎式,モーメント,せん断力,境界条件について復習しておくこと。
(復習)種々の境界条件を有するはりの振動について,課題をレポートとして提出すること。
第12週 はりの曲げ振動(応用問題の解析法1)
(予習)テキスト(P198-203)を読んでおくこと。
(復習)問題8.2から課せられる課題をレポートとして提出すること。
第13週 はりの曲げ振動(応用問題の解析法2)
(予習)テキスト(P203-206)を読んでおくこと。
(復習)問題8.2から課せられる課題をレポートとして提出すること。
第14週 平板の振動(運動方程式の導出と基本的解析法)
(予習)テキスト(P224-228)を読んでおくこと。
(復習)長方形板の振動の基本的例題をレポートとして提出すること。
第15週 総括および期末試験

【学習の方法】
・受講のあり方
毎回の講義を良く聞いて理解すること。それを授業中に行われる演習問題でチェックし,分からないことは質問すること。
・授業時間外学習へのアドバイス
あらかじめ授業計画で指定されたテキストの箇所に目を通して授業にのぞむこと。復習として,出題される課題をきちんと自分で解いてみること。さらに参考書で類似の問題を解いてみること。実生活での振動現象との関連を考えてみること。

【成績の評価】
・基準
(1)多自由度系および連続体の振動現象を支配する運動方程式を誘導し,これより振動数方程式,固有振動数の導出ができる。
(2) ラグランジュの運動方程式の誘導ができる。
(3) 多自由度系および連続体の振動の振動数方程式,固有振動数,固有振動モード,共振,連成振動,振動制御,振動利用について具体的な説明ができる。
・方法
演習・レポート(30点),期末試験(70点)の結果を総合して評価する。60点以上を合格とする。

【テキスト・参考書】
斎藤秀雄,工業基礎振動学,養賢堂,3,600円.
1.S.P.Timoshenko 他2名,谷口・田村共訳,[新版]工業振動学,コロナ社
2.振動工学ハンドブック,養賢堂.
3.藤田勝久,振動工学,森北出版,2,800円.

【その他】
・学生へのメッセージ
振動工学は,機械工学の分野では基礎的かつ必要不可欠な科目です。ほとんどの人が,エンジニアとしてなんらかの形でおつき合いすることになる分野です。身近な振動現象の理解や機械構造物の耐震設計,振動の積極的利用に役立つことを感じて下さい。講義中使用した基礎的な数学,特に微分方程式の解法などで不明な点をそのままにせず,必ず復習し習得しておくこと。ノートはまめに取ること。講義中の私語は厳禁。
・オフィス・アワー
毎週金曜日17:00-18:00(6-607号室)

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