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学習支援計画書(シラバス) 検索システム
専門教育課程 航空システム工学科
授業科目区分 科目名 単位数 科目コード 開講時期 履修方法
専門教育課程
専門科目
専門
航空システム専門実験・演習A
Aeronautics Major Lab/Exercises A
3 E129-01 2021年度
5期(前学期)
6期(後学期)
修学規程第4条を参照
担当教員名
*印は、実務経験のある教員を示しています。
授業科目の学習・教育目標
キーワード 学習・教育目標
1.企画 2.実施 3.まとめ 4.発表 5.航空工学 専門実験・演習では、実験・演習を通して、専門基礎科目、専門コア科目で取り上げられる 理論や手法を学び、より深い理解力と応用力を身につける。さらに、実験方法や実験レポー トの書き方を学ぶとともに、実験内容、実験結果、考察などを発表する方法について学ぶ。
授業の概要および学習上の助言
専門実験・演習Aでは以下の実験テーマを実施する。詳しい授業の概要については「実験指導書」にて確認すること。 ①炭素繊維強化プラスチックの成形と評価 ②薄板構造の強度評価 ③構造要素の振動特性評価 受講者をA,B,Cの3つのグループに別け、Aグループは5週に亘って①CFRPの成形と評価を行い、次の5週で②薄板構造の強度評 価を行い、次の5週で③構造要素の振動特性評価を行う。Bグループは②→③→①の順序、Cグループは③→①→②の順序にな る。第16週は予備週である。また、授業明細は各実験テーマ開始時に配布される。
教科書および参考書・リザーブドブック
教科書:航空システム専門実験・演習AB[金沢工業大学] 参考書:指定なし リザーブドブック:指定なし
履修に必要な予備知識や技能
実験の前に必ず「実験指導書」を読んでおき、どのような実験を行うのか予習しておくこと。また、予習レポートがあるもの については、授業前にきちんと作成しておくこと。
学生が達成すべき行動目標
No. 学科教育目標
(記号表記)
F,M 工学設計科目や専門科目で学んだ知識に基づき、主体的に実験を計画・立案し、それを実施することができる。
F,M 実験装置や計測装置の原理を理解し、それらを正しく用いて安全に実験を行うことができる。
F,M,L コンピュータなどを用いて実験結果が整理できるとともに、そのキーポイントや問題点を適切に説明できる。
F,M,D 実験で得られた現象を専門知識に基づいて正しく解釈あるいはモデル化でき、実験結果の妥当性評価を行うことができる。
F,M 実験結果を解析解や数値解と比較することにより、得られた結果を合理的に説明し、的確に考察することができる。
F 実験結果を最終的にレポートとしてまとめ、指定された期限内に提出することができ、その内容を説明できる。
達成度評価
評価方法
試験 クイズ
小テスト
レポート 成果発表
(口頭・実技)
作品 ポートフォリオ その他 合計
総合評価割合 0 0 50 40 0 0 10 100
指標と評価割合 総合評価割合 0 0 50 40 0 0 10 100
総合力指標 知識を取り込む力 0 0 25 0 0 0 0 25
思考・推論・創造する力 0 0 25 0 0 0 0 25
コラボレーションと
リーダーシップ
0 0 0 20 0 0 0 20
発表・表現・伝達する力 0 0 0 20 0 0 0 20
学習に取組む姿勢・意欲 0 0 0 0 0 0 10 10
※総合力指標で示す数値内訳、授業運営上のおおよその目安を示したものです。
評価の要点
評価方法 行動目標 評価の実施方法と注意点
試験
クイズ
小テスト
レポート 実験データをわかりやすく図表に整理できているか.実験条件がしっかり記入されているか.使用する理 論式の内容が示されているか.理論と実験結果の違いが検討されているか.また,実験データの誤差も含 め,理論値および実機データとの違いが定量的に考察されているか.
成果発表
(口頭・実技)
実験の目的,内容,成果がわかりやすくまとめられているか.問題点について的確に考察されているか. 本実験で明らかとなったことがわかりやすくまとめられているか.実機現象と異なることについて説明で き,実験装置の限界を十分に把握できたか.本実験における物理現象が,得られたデータから明確になっ たか.
作品
ポートフォリオ
その他 各実験を積極的に実施した場合,グループで実施する場合は率先して実験を行った場合はプラスに評価す る.レポートの提出遅れ,授業を妨げる行動を注意してもやめない場合はマイナスに評価する場合がある .
具体的な達成の目安
理想的な達成レベルの目安 標準的な達成レベルの目安
①炭素繊維強化プラスチック(CFRP)積層板の基礎事項を理解 してCFRP積層板の積層設計ができる。実験内容の詳細を把握し たうえで、積層板の成形、試験片の作製、曲げ試験を実施し、 実験結果の記録、分析、考察ができる。 ②航空機の特徴である薄板構造の代表的な3種の座屈強度、円 筒の座屈、せん断座屈、圧縮座屈について実験を行い、その結 果から飛び移り座屈、張力場、有効幅の設計課題を理解でき、 破壊荷重を推算できる。 ③飛行中の航空機に発生する振動を的確に説明できる.振動の 影響を受けにくい航空機を設計するための振動発生源や機体構 造の振動に関する基礎事項を説明できる。振動実験装置を用い て,振動実験データを的確に取得できる。  ①炭素繊維強化プラスチック(CFRP)積層板の機械的性質の特 徴を理解できる。実験内容を把握し、積層板の成形、試験片の 作製、曲げ試験が実施でき、実験結果の記録、分析ができる。 報告書を期限までに作成できる。決められた時間内にプレゼン テーションができる。 ②実験を通して薄板構造がどのように座屈して壊れていくかを 観察し、その現象を記録、考察できる。プレゼンテーションを 行って、知り得た座屈現象について概括的な説明ができる。 ③飛行中の航空機に発生する振動の概要について説明できる。 振動に関する基礎事項を説明できる。必要な実験データを取得 できる。得られたデータを基に,理論との違いを説明できる。
CLIP学習プロセスについて
一般に、授業あるいは課外での学習では:「知識などを取り込む」→「知識などをいろいろな角度から、場合によってはチーム活動として、考え、推論し、創造する」→「修得した内容を表現、発表、伝達する」→「総合的に評価を受ける、GoodWork!」:のようなプロセス(一部あるいは全体)を繰り返し行いながら、応用力のある知識やスキルを身につけていくことが重要です。このような学習プロセスを大事に行動してください。
※学習課題の時間欄には、指定された学習課題に要する標準的な時間を記載してあります。日々の自学自習時間全体としては、各授業に応じた時間(例えば2単位科目の場合、予習2時間・復習2時間/週)を取るよう努めてください。詳しくは教員の指導に従って下さい。
授業明細
回数 学習内容 授業の運営方法 学習課題 予習・復習 時間:分
1 『配布する学習支援計画書を基に科目の学習目標、概 要や行動目標を理解する。特にこの科目が航空システ ム工学科の教育目標のどの部分を担っているか、具体 的な達成レベルの目安を理解する。』 ①炭素繊維強化プラスチックの成形と評価 本実験の概要と運営方法についてガイダンス 与えられた特性を有するプリプレグを使用し、炭素繊 維強化プラスチック(CFRP)積層板の積層設計を検討 する。積層板作製の準備を進める。 講義と実験 自己点検 『航空システム工学科の教育目標 と本科目と の関連を理解する。』 ①炭素繊維強化プラスチックの成 形と評価の用途、成形方法、力学 特性を調べ、調査レポートとして 次週に提出する。 120
2 第1週で決定した設計に基づき、プリプレグシートを 貼り合わせ、ホットプレスで成形することにより、積 層板を作製する。 講義と実験 自己点検 第1週で貸与するJIS規格により、 炭素繊維強化プラスチックの力学 特性の評価方法を調査する。 60
3 ダイヤモンドカッターを使用し、作製した積層板から 試験片を切り出し、寸法を測定する。 万能材料試験機の取り扱い方を理解した上で曲げ試験 を行い、荷重-たわみ曲線を求める。 講義と実験 自己点検 荷重-たわみ曲線から炭素繊維強 化プラスチックの成形と評価積層 板の力学特性および強度の求め方 を調査する。 120
4 第3週で得られた実験結果から積層板の曲げ特性を評 価し、設計値と比較、考察する。また、報告書の作成 、プレゼンテーションの準備を行う。 講義と実験 自己点検 結果レポートの作成と発表用のパ ワーポイントの作成および発表の 準備 120
5 結果レポートを提出し、その内容に関するプレゼンテ ーションを実施する。そして、内容に関する討論をす る。プレゼンテーションに当たっては文献等を調査し 口頭発表時の質疑応答に適切に対応できるようにする 。 実験・演習の内容、レポートの内容、発表の内容、出 席状況等に関して、自己点検を行う。 講義と発表 自己点検 グループ発表の予行練習を行うと ともに関連文献を調査し口頭発表 時の質疑応答に備える。 60
6 ②薄板構造の強度評価 オリエンテーション:航空機は薄板でできていること 、従って構造設計では座屈強度が問題になることを説 明する。薄板の座屈実験について、実験方法、破壊荷 重の計算方法など全般的な予備知識を説明する。また 、実物の航空機(T-3)を教材にして薄板構造の実例 を確認する。講義内容等について自己点検を行う。 講義とミーティング 実験演習作業手順を話し合い 、作業分担を決める。 構造力学の教科書から3種の薄板 の座屈強度について復習しておく 。教科書のp.5を読んで実験の目 的を理解する。 120
7 薄肉円筒の圧縮座屈実験を行う。 各自が用意したアルミジュース缶を使い圧縮試験を行 い、飛び移り座屈について理論予測値と各自の実験結 果との比較検証を通して、シェル構造の破壊特性を学 習する。講義内容、出席状況等について自己点検を行 う。 授業と実験 シェル構造の破壊挙動を学習し、 予想破壊荷重の計算及び座屈モー ドの予測をしておく。教科書のp. 6〜p.7を読み、試験供試体の飛び 移り座屈荷重を計算しておく。 60
8 薄板補強平板のせん断座屈実験を行う。 薄板がせん断座屈しわを発生して張力場を作り、大き い荷重に耐える様子を観察する。併せて、せん断座屈 を起こした構造物の状況を目視で確認する。また、実 験値と予想破壊荷重との比較を通して、航空機の桁ウ エブや小骨などせん断強度部材の強さをの根拠を学習 する。 講義内容、出席状況等について自己点検を行う。 講義と実験 張力場の理論を学習し、予想破壊 荷重の計算及び座屈モードの予測 をしておく。教科書のp.7〜p.10 を読み、試験供試体のせん断座屈 荷重を計算しておく。 60
9 薄板補強平板の圧縮座屈実験を行う。 薄板は座屈して、すぐ耐荷できなくなるが、細い部材 で補強すると大きい荷重に耐えることができる。その 様子を実験で観察する。併せて、圧縮座屈を起こした 構造物の状況を目視で確認する。また、実験結果から 薄板の頑張りを評価する有効幅を求め、航空機外板の 強さの根拠を学習する。 講義内容、出席状況等について自己点検を行う。 講義と実験 圧縮座屈の理論を学習し、予想破 壊荷重の計算及び座屈モードの予 測をしておく。教科書のp10〜p.1 2を読み、試験供試体の局所座屈 荷重を計算しておく。 60
10 3種の座屈実験について口頭発表を行う。 実験結果と理論予測値との比較や観察記録を用いて、 航空機構造が軽量化のため薄板をいかに頑張らせてい るかについて考察を行う。考察に当たっては文献等を 調査し口頭発表時の質疑応答に適切に対応できるよう にする。 出席状況等について自己点検を行う 講義と発表 レポート提出 口頭発表の準備と提出レポートの まとめを行う。教科書のp.13〜p. 14を読んでレポート作成の要領を 理解する。 併せて薄板構造に関する関連文献 を調査し口頭発表時の質疑応答に 備える。 120
11 ③構造要素の振動特性評価 振動特性評価実験(1) 1自由度バネ質量系の振動実験 理論計算の実施(理論計算用Excelファイルと説明資 料は当日配布する) 実験データ整理および理論計算との比較 講義と実験 自己点検 固有振動数、共振、減衰について 振動工学の講義ノートを復習する 。 1自由度振動系の強制振動、自由 振動について予習する。 教科書のp.21〜p.25を読んで実験 の理論的背景と実験方法を理解し ておく。 120
12 振動特性評価実験(2) 2自由度バネ質量系の振動実験 理論計算の実施(第一週の授業で理論計算用Excelフ ァイルと説明資料を配布する) 実験データ整理および理論計算との比較 講義と実験 自己点検 2自由度振動系の強制振動、自由 振動について予習する。 教科書のp.26およびAppendix p.3 4〜p.38を読んで実験の理論的背 景と実験方法を理解しておく。 バネ質量系の振動実験結果をレポ ートにまとめ提出する。 120
13 振動特性評価実験(3) 片持ち平板の固有振動解析(有限要素解析) 有限要素解析ソフトウェアNastranを用いて、第4週に 実施する薄板の振動実験に関する数値解析を実施する 。 第1週の授業で解析手順書を配布する。 中間レポートの達成度を自己点検する。 講義と実験 自己点検 配布資料「有限要素解析ソフトウ ェアを用いた薄板の固有振動解析 」を読み解析手順を予習する。 片持ち平板の固有振動数、固有振 動モードの解析結果を整理してお く。 120
14 振動特性評価実験(4) 片持ち平板の振動実験 実験データ整理および数値解析解との比較。 講義と実験 自己点検 教科書のp.27,28を読んで実験の 理論的背景と実験方法を理解して おく。 片持ち平板の振動実験結果をレポ ートにまとめ提出する。 120
15 振動特性評価実験(5) レポートの内容について口頭発表 口頭発表に当たっては文献等を調査し口頭発表時の質 疑応答に適切に対応できるようにする。 実験テーマ「構造要素の振動毒特性評価」の達成度を 自己点検する。 講義と発表 自己点検 実験レポートを作成し、口頭発表 の準備をする。 併せて、振動に関する関連文献を 調査し口頭発表時の質疑応答に備 える。 120