基礎材料力学及び演習
 Fundamental Course of Strength of Materials
 担当教員:黒田 充紀(KURODA Mitsutoshi)
 担当教員の所属:理工学研究科
 開講学年:1年  開講学期:前期  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:専門教育科目・必修 
【授業の目的】
材料力学は、材料が力を受けたときの変形の挙動を解析し、これに基づき材質、形状などを合理的に定め、経済的でかつ破壊しない構造物あるいはそれを構成する部品の設計を行うために必要な学問である。この基礎材料力学及び演習では、材料力学の最も基礎的な事項について学ぶ。
1. 応力とひずみの概念と定義を習得することを目的とする。
2. 一次元的な棒を例として引張・圧縮に対する応力とひずみの計算方法を習得することを目的とする。
3. はり(部材軸に直角方向の荷重をうける棒部材)の反力と内力(曲げモーメント,せん断力,曲げ応力)の計算方法を習得することを目的とする。

【授業の到達目標】
基礎材料力学及び演習を履修した学生は、
(1)学習・教育到達目標B 応力とひずみの概念と定義を理解し、基礎的な問題においてそれらの値を実際に算出することができる。[DP5]
(2)学習・教育到達目標B 引張・圧縮を受ける棒部材(組み合わせ部材問題を含む)の応力と変形ひずみの計算が実行できる。[DP5]
(3)学習・教育到達目標B 真直はりに働く反力、せん断力,曲げモーメントが計算でき,せん断力図(SFD),曲げモーメント図(BMD)をグラフとして描くことができる。[DP5]
(4)学習・教育到達目標B はりの任意の断面に働く応力を計算することができる。[DP5]
(5)学習・教育到達目標B 様々な形状のはり断面の幾何学的性質(断面1次モーメント、図心、断面2次モーメント)を計算することができる。[DP5]
(6)学習・教育到達目標F 上記の各項目を、構造物あるいはそれを構成する部品の設計に自ら応用することができる。[DP9]

【授業概要(キーワード)】
引張・圧縮・せん断応力とひずみ;材料の強度と許容応力;熱応力;曲げ

【科目の位置付け】
機械システム工学科の学習・教育到達目標「(B) 機械工学の基礎 [DP5]」を養成するための科目である.

【授業計画】
・授業の方法
本科目では力学の基礎事項の応用方法を学ぶ.1回90分の講義(毎回演習付き)を15回行う.1時間程度の学習を想定した自宅学習用の課題がある(毎回).
・日程
第1回 材料力学の基本的概念
[予習]テキストのP.1~3を読んで材料力学の基本概念を調べる.
[復習]オリジナル問題集の当該箇所(2題程度(講義で指定))を解いてレポートとして提出.

第2回 応力とひずみ
[予習]テキストのP.4~10を読んで応力とひずみの定義を調べる.
[復習]オリジナル問題集の当該箇所(3題程度(講義で指定))を解いてレポートとして提出.

第3回 応力とひずみの関係式
[予習]テキストのP.10~14を読んで応力-ひずみ線図について調べる.
[復習]オリジナル問題集の当該箇所(2題程度(講義で指定))を解いてレポートとして提出.

第4回 許容応力と安全率
[予習]テキストのP.15~16を読んで許容応力と安全率の概念について調べる.
[復習]オリジナル問題集の当該箇所(2題程度(講義で指定))を解いてレポートとして提出.

第5回 棒の引張と圧縮の静定問題
[予習]テキストのP.19~22を読んで真直棒の静定問題について調べる.
[復習]オリジナル問題集の当該箇所(3題程度(講義で指定))を解いてレポートとして提出.

第6回 棒の引張と圧縮の不静定問題
[予習]テキストのP.24~25を読んで不静定問題について調べる.
[復習]オリジナル問題集の当該箇所(2題程度(講義で指定))を解いてレポートとして提出.

第7回 熱応力および物体力を考慮した棒の応力と変形
[予習]テキストのP.26~30を読んで熱応力と自重について調べる.
[復習]オリジナル問題集の当該箇所(2題程度(講義で指定))を解いてレポートとして提出.

第8回 中間試験および解説
[予習]前回までにレポート提出した練習問題,ならびに教科書の例題,章末問題.
[復習]中間試験の全ての問題の完答.

第9回 はり構造の反力,せん断力,曲げモーメント
[予習]テキストのP.37~38を読んではりのせん断力と曲げモーメントについて調べる.
[復習]オリジナル問題集の当該箇所(2題程度(講義で指定))を解いてレポートとして提出.

第10回 せん断力図と曲げモーメント図(1)集中荷重
[予習]テキストのP.39~42を読んでせん断力図と曲げモーメント図について調べる.
[復習]オリジナル問題集の当該箇所(3題程度(講義で指定))を解いてレポートとして提出.

第11回 せん断力図と曲げモーメント図(2)分布荷重
[予習]テキストのP.43~48を読んで分布荷重が作用するはりのせん断力図と曲げモーメント図について調べる.
[復習]オリジナル問題集の当該箇所(3題程度(講義で指定))を解いてレポートとして提出.

第12回 はりの曲げ応力
[予習]テキストのP.57~61を読んで曲げ応力について調べる.
[復習]オリジナル問題集の当該箇所(2題程度(講義で指定))を解いてレポートとして提出.

第13回 断面二次モーメントと断面係数
[予習]テキストのP.61~65を読んで断面二次モーメントについて調べる.
[復習]オリジナル問題集の当該箇所(2題程度(講義で指定))を解いてレポートとして提出.

第14回 曲げ応力
[予習]テキストのP.57~65を読んで曲げ応力の算出手順を調べる.
[復習]オリジナル問題集の当該箇所(2題程度(講義で指定))を解いてレポートとして提出.

第15回 期末試験および総括
[予習]第9?14回までにレポート提出した練習問題,ならびに教科書の例題,章末問題.
[復習]期末試験の全ての問題の完答.

【学習の方法】
・受講のあり方
講義に必ず出席し,基礎的事項の概念を頭の中に映像として描けるか,確認しながら話を聞くこと.物理系科目は,思考実験が最も重要な上達方法である.
・授業時間外学習へのアドバイス
毎回次週に講議するテーマを伝えるので,それに関する予習を怠らないこと.
講義で現れた式等の導出過程の確認を怠らないこと.その上で,問題の解法についての復習をすること.講義中使用した基礎的な数学、力学などで不明な点は確実に復習し,習得しておくこと.

【成績の評価】
・基準
レポート10%,中間試験45%,期末試験45%の重みで評価する.合格基準は合計で得点率60%以上とする.
「授業概要(目標)」に挙げた項目に対する評価の比重は(1)20%,(2)20%,(3)20%,(4)20%,(5)20%とする.
・方法
レポート10%,中間試験45%,期末試験45%の重みで評価する.合格基準は合計で得点率60%以上とする.

【テキスト・参考書】
野田直剛ほか、要説 材料力学、日新出版、2940円
このほか,担当者作成のオリジナル問題集を使用します.これは,http://kuroda.yz.yamagata-u.ac.jp/lecture.html (山形大学 工学部 黒田研究室)よりダウンロードできます.各自,学術情報基盤センター実習室などのプリンターを利用して印刷の上,授業に望むこと.毎回使用します.
竹園茂男:基礎 材料力学,朝倉書店,1993.
町田輝史、材料強さ学の学び方、オーム社、2900円
斉藤・平井、材料力学演習 上、下、共立出版、1400円
尾田十八・三好俊郎、演習材料力学、サイエンス社、1980円
萩原国雄、材料力学 考え方解き方、東京電気大学出版局、3200円

【その他】
・学生へのメッセージ
材料力学は,機械工学の分野で最も基礎的かつ必要不可欠な科目です.ほとんどの人が,エンジニアとして一生つき合うことになる科目です.あせらず,じっくりと取り組み,自分のものとして下さい.また勉強が,身近な機械構造物の基本的設計に役立つことを感じて下さい.

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