シラバス情報
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教員名 ： 何 建梅
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開講年度
2025年度
開講学期
前期
科目名
数値材料力学
授業種別
講義
科目名（英語）
Numerical Method in Strength of Materials
授業情報(授業コード・クラス・授業形態)
A1900100 数値材料力学 [A1メカ][対面]
担当教員
何 建梅
単位数
2.0単位
曜日時限
木曜2限
キャンパス
新宿
教室
A-0765教室
学位授与の方針
1 基礎知識の修得 0 ％
2 専門分野の知識・専門技術の修得 100 ％ 3 汎用的問題解決力の修得 0 ％ 4 道徳的態度と社会性の修得 0 ％ 具体的な到達目標
エネルギーおよびデザインをキーワードに体系づけられた教育プログラムの中で、機械工学の基礎を中心に専門領域までの知識と方法論を習得できる。学生はこの科目を履修することによって、実際のものづくり設計に対する基盤知識が得られ、複雑な機械設計にあたって工学的観点から高度な評価能力に関する着想が豊かになる。
受講にあたっての前提条件
本科目を履修する前に、「工業数学A」による微分積分学、「材料力学Ⅰ及演習」によるひずみ・応力の定義、さらに「工業力学及び演習」による仕事とエネルギーに関する項目を習得しておく必要がある。本科目の習得と「CAD機械製図設計」の習得で、「CAD/CAM 演習」などの応用的な演習科目を履修することができる。
授業の方法とねらい
一、二年次で皆さんが受けた材料力学関連の授業では、主に一次元の棒や梁などの応力と変形について学んだが、実際の機械や構造物の設計には2次元、3次元の場でより複雑な形状・荷重による応力・変形状態を把握する必要が生じる。そのため、本授業では材料力学から一歩進んで、2次元・3次元応力・変形場に関する弾性力学の基礎的な考え方と基礎方程式の構築方法について深く強化し、より実際のモノづくり設計に必要な専門基礎知識を身に付ける。具体的な講義内容は一般的なフックの法則、平面ひずみ・平面応力場への近似、有限要素解析の基礎となるエネルギー解法から構成され、皆さんは設計計算力学の元となる構造弾性力学理論の基礎知識について学習する。
本科目を履修する前に、「工業数学A」による微分積分学、「材料力学Ⅰ及演習」によるひずみ・応力の定義、さらに「工業力学及び演習」による仕事とエネルギーに関する項目を習得しておく必要がある。本科目の習得と「CAD機械製図設計」の習得で、「CAD/CAM 演習」などの応用的な演習科目を履修することができる。 AL・ICT活用
実習・フィールドワーク
第1回
授業形態
対面
事前学習
材料力学の知識を復習すること。
2時間
授業内容
ガイダンス、材料力学基礎理論の習得度チェック
事後学習・事前学習
材料力学の基礎を引き続き復習する。
2時間
第2回
授業形態
対面
授業内容
二次元弾性理論における1次元応力の定義及び演習：
一次元荷重（引張、圧縮、ねじり、曲げ）による垂直応力、せん断応力の定義、各種応力の計算方法について説明する。 一次元荷重モード（引張、圧縮、ねじり、曲げ）による応力計算の演習を行う。 事後学習・事前学習
一次元荷重モード（引張、圧縮、ねじり、曲げ）による応力計算の演習を引き続き行い、提出する。
2時間
第3回
授業形態
対面
授業内容
二次元弾性論とエアリの応力関数と演習：
エアリの応力関数を用いた古典的な二次元弾性論（一般化しかフックの法則、主軸座標系における主応力など）を紹介する。 ２次元応力場の応用演習を行う。 事後学習・事前学習
２次元応力場の応用演習を行い、提出する。
2時間
第4回
授業形態
対面
授業内容
二次元弾性理論におけるひずみの定義及び演習：
一次元垂直ひずみ、せん断ひずみの定義から、フックの法則による計算方法を説明する。 一次元ひずみ場の計算演習を行う。 事後学習・事前学習
一次元ひずみ場の計算演習を引き続き行い、提出する。
2時間
第5回
授業形態
対面
授業内容
変位・ひずみの適合条件式と演習：
２次元ひずみは連続な変位から導かれ、適合条件式を満たす必要があり、適合条件式の説明をする。 ２次元変位・ひずみの適合条件式に関する演習課題を行う。 事後学習・事前学習
２次元変位・ひずみの適合条件式に関する演習課題を引き続き行い、提出する。
2時間
第6回
授業形態
対面
授業内容
二次元弾性理論におけるひずみ・応力の関係式とつり合いの式及び演習：
一般化したフックの法則による３次元構造物の応力・ひずみ場の関係式、また応力を用いた微小部分のつり合い式を講義する。 ３次元構造物の応力・ひずみ計算演習を行う。 事後学習・事前学習
二次元弾性理論におけるひずみ・応力関係の復習を行う。
4時間
第7回
授業形態
対面
授業内容
中間テスト：
これまでの学習効果を確認する。 事後学習・事前学習
これまでの講義内容を振り返る。
2時間
第8回
授業形態
対面
授業内容
仮想仕事の原理とエネルギー原理と演習：
力のつり合いの式と力の境界条件からなるエネルギー原理を講義する。 力のつり合いに関する演習を行う。 事後学習・事前学習
力のつり合いに関する演習を引き続き行い、提出する。
2時間
第9回
授業形態
対面
授業内容
エネルギー原理と梁のエネルギー解法と演習：
エネルギー原理と梁のエネルギー解法の講義を行う。 梁のエネルギー解法に関する演習を行う。 事後学習・事前学習
梁のエネルギー解法に関する演習を引き続き行い、提出する。
2時間
第10回
授業形態
対面
授業内容
エネルギー原理からなる有限要素法の定式化と演習：
近似解法の一種にコンピュータを用いる有限要素法が利用されているが、有限要素法はエネルギー原理から導かれることを解説する。 エネルギー原理から要素マトリクスの導出に関する演習課題を行う。 事後学習・事前学習
エネルギー原理から要素マトリクスの導出に関する演習課題を引き続き行い、提出する。
2時間
第11回
授業形態
対面
授業内容
一次元有限要素法の定式化と演習：
一次元バー要素（棒の伸縮問題を考える）の定式化を説明する。 一次元バー要素の定式化による近似解を求める演習課題を行う。 事後学習・事前学習
一次元バー要素の定式化による近似解を求める演習課題を行い、提出する。
2時間
第12回
授業形態
対面
授業内容
一般化した有限要素法の概要と一次連立方程式の解法と演習と、二次元・三次元有限要素法の一般的な考え方を概説する。
梁要素の定式化による応用演習を行う。 事後学習・事前学習
梁要素の定式化による応用演習を引き続き行、提出する。
2時間
第13回
授業形態
対面
授業内容
一次元の材料力学問題から、二次元や三次元に拡張した数値材料力学（弾性力学）の取り扱う内容をまとめ、期末試験のガイダンスを行う。
事後学習・事前学習
これまでの講義内容を復習する。
2時間
第14回
授業形態
対面
授業内容
総合演習（期末テスト）：学習効果の確認を行う。
事後学習・事前学習
一次元の材料力学問題から、二次元や三次元のに拡張した数値材料力学（弾性力学）の取り扱い問題を振り返る。
2時間
第15回
授業形態
遠隔（オンデマンド）
授業内容
授業内容の振り返りを行う。
事後学習
１次元から３次元的な材料力学的特性の取り扱いを理解する。
1時間
成績評価の方法
成績評価は、演習課題30％、中間テスト30％、期末テスト40％とし、理解度をA+、A、B、C、D、FのGradeで評価する。Grade D以上を合格とする。
「機械工学エネルギー・デザインプログラム」の学習・教育到達目標D-2は、上記の評価基準を満たせば達成される。 受講生へのフィードバック方法
成績に関する問い合わせは、メール（at13148@ns.kogakuin.ac.jp）にて承ります。
教科書
特に指定しない
参考書
特に指定しない
オフィスアワー
授業日の11:40〜12:10、A1718にて
受講生へのメッセージ
モノづくりの設計で有限要素法などを用いた構造強度および剛性のシミュレーション解析評価は重要であり、2次元または3次元構造の弾性力学に関する基礎知識をよく学んでおくことで、実際の設計解析業務に確実に役立つ技術を身に付けることとなる。
実務家担当科目
実務家担当科目ではない
実務経験の内容
教職課程認定該当学科
機械工学科
その他の資格・認定プログラムとの関連
関連する科目でない
教育課程コード
Ⅲ3b
教育課程コードの見方【例】 Ⅰ2a（Ⅰ…Ⅰ群、2…2年配当、a…必修） ※ a : 必修 b : 選択必修 c : 選択 ※複数コードが表示されている場合には入学年度・所属学科の学生便覧を参照のこと
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