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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
数値シミュレーション
Numerical Simulation
2 E127-01 2021年度
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.数値シミュレーション 2.構造解析 3.流体解析 4.有限要素法,有限体積法 5.地域連携 近年のコンピュータの急速な発展と普及に伴い、航空機の分野では機体とエンジンの設計段 階において、構造解析および流体解析による数値シミュレーションが多用されている。そこ で本教科では、汎用数値解析ソフトウェアを利用して構造および流体シミュレーションの実 際を演習により学び、航空機設計に利用できるようになることを目標とする。また、地域を 初めとする実際の問題に対して数値シミュレーションを活用する能力を身につける。
授業の概要および学習上の助言
この授業では、汎用数値解析ソフトウェアを用いて演習を行う。 前半の構造解析では切り欠き平板とボックスビームを取り上げ、構造解析ソフトウェアを利用して解析し、有限要素法の基本 とその取り扱い方について学習する。 後半の流体解析では翼周りの流れ場を取り上げ、流体解析ソフトウェアを用いて解析し、実験結果との比較により数値シミュ レーションの精度を評価する。  1.数値シミュレーションの概説  2.流体解析    ・解析領域の設定     ・格子生成    ・計算法の選択      ・初期条件・境界条件の設定    ・解析の実行       ・結果の表示    ・実験結果との比較  3.構造解析    ・形状モデリング     ・要素分割    ・荷重及び拘束条件の設定 ・解析の実行    ・結果の表示       ・理論値との比較 流体解析と構造解析の講義は前半・後半と分けて行う。講義順に関しては、初回講義時に連絡する。
教科書および参考書・リザーブドブック
教科書:数値シミュレーション-有限要素解析ソフトウェアを用いた構造解析-[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
「材料力学」、「流れ学」、「3D-CAD」、「航空流体力学A」、「応用数学」、「コンピュータ工学」を履修している ことが望ましい。 構造解析に関しては、教科書欄に指定した教科書を使用するので初回講義時より準備しておくこと。流体解析のテキストは講 義時に配布する。
学生が達成すべき行動目標
No. 学科教育目標
(記号表記)
H,L,N 汎用数値解析コードを用いて基本構造の変形や応力の解析ができる。
H,L,N 汎用数値解析コードを用いて基本的な流れ場の解析ができる。
H,L,N 解析結果に影響を及ぼす項目を説明できる。
H,L,N 解析対象とした応力場、流れ場を理解するために必要な情報を解析結果から取得し、評価ができる。
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 40 60 0 0 0 0 100
指標と評価割合 総合評価割合 0 40 60 0 0 0 0 100
総合力指標 知識を取り込む力 0 20 30 0 0 0 0 50
思考・推論・創造する力 0 10 20 0 0 0 0 30
コラボレーションと
リーダーシップ
0 0 0 0 0 0 0 0
発表・表現・伝達する力 0 5 5 0 0 0 0 10
学習に取組む姿勢・意欲 0 5 5 0 0 0 0 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
【構造解析】半円切り欠きを有する平板の応力集中の問題を、汎用構造解析ソフトウェアを用いて解析し 結果を評価するクラスワーク課題を1つ課す。メッシュ分割法が解析結果に及ぼす影響につき理解し、解 析効率を高める(少ない格子数で精度の良い解析を実施する)ための格子分割法について各自検討する。 【流体解析】円柱周りや翼型周りの流れの問題を、汎用熱流体解析ソフトウェアを用いて解析し結果を評 価する課題,流体解析の基礎に関する課題や小テストを課す。解析手順や格子分割法が解析結果に及ぼす 影響につき理解し、少ない格子数で精度の良い解析を実施するための方法について検討する。
レポート 【構造解析】航空機主翼構造を想定した箱型はりに曲げ荷重やねじり荷重が作用する場合の変形や応力を 、汎用構造解析ソフトウェアを用いて解析し、解析結果を材料力学などの知識に基づき評価、考察するレ ポート課題を2つ課す。 【流体解析】航空機周りの流れ場や地域の課題に関連した流体問題に対し、物体に作用する圧力・揚力・ 抗力・モーメントを、汎用熱流体解析ソフトウェアを用いて解析し、解析結果を流体力学などの知識に基 づき評価、考察するレポート課題を課す。
成果発表
(口頭・実技)
作品
ポートフォリオ
その他
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
【構造解析】○切り欠き平板の応力集中の解析では、メッシュ 分割法が解析結果に及ぼす影響を正確に評価でき、また解析効 率を高めるためのメッシュ分割法を考案できる。○BoxBeamの 構造解析では、曲げ荷重やねじり荷重が作用する場合の変形や 応力を正確に求めることができる。また解析結果を材料力学な どの知識に基づき評価・考察できる。 【流体解析】○2次元円柱周りの流れ解析では、境界条件の設 定や、格子生成法が解析結果に及ぼす影響を正確に評価できる 。また解析効率を高めるための格子生成法を考案できる。○翼 型の流れ解析では、圧力分布・揚力・抗力・モーメントを正確 に求めることができる。また解析結果を流体力学などの知識に 基づき評価・考察できる。 【構造解析】○切り欠き平板の応力集中の解析では、メッシュ 分割法が解析結果に及ぼす影響を正確に評価できる。また解析 効率を高めるためのメッシュ分割法を検討できる。○BoxBeam の構造解析では、曲げ荷重やねじり荷重が負荷された場合の変 形や各部材に生ずる応力を正確に求めることができる。 【流体解析】○2次元円柱周りの流れ解析では、境界条件の設 定や、格子生成法が解析結果に及ぼす影響を評価できる。また 解析効率を高めるための格子生成法を検討できる。○翼型の流 れ解析では、圧力分布・揚力・抗力・モーメントを正確に求め ることができる。
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 「ガイダンス」 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。 コンピュータ使用のルールを理解する。 航空機開発における数値シミュレーションの位置づけ を理解する。 「流体解析」 流体解析の基本的な考え方、流れを理解する。汎用熱 流体解析ソフトウェアの使用法について配付資料に従 って遷音速流れの定常流れ解析(非粘性)を実行する ことで理解する。 ・解析領域の設定 ・計算法の選択 ・初期条件及び境界条件の設定 ・計算格子の生成 講義・演習 自己点検 【復習】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。講義・演習内容・汎用熱流体 解析ソフトウェアの使用方法を復 習する。 【課題】講義資料等を参考に課題 を行う。 30 90
2 「流体解析」 流体解析の基礎を理解する。汎用熱流体解析ソフトウ ェアの使用法について配付資料に従って遷音速流れの 定常流れ解析(非粘性)を実行することで理解する。 ・解析の実行 ・結果の表示 ・空力係数値の計算 講義・演習 自己点検 【予習】配布テキスト(流体解析 )の翼型解析箇所を予習する。 【復習】講義・演習内容・汎用熱 流体解析ソフトウェアの使用方法 を復習する。課題で得られた結果 を整理する。 【課題】講義資料等を参考に課題 を行う。 20 20 90
3 「流体解析」 流体解析の基礎を理解する。汎用熱流体解析ソフトウ ェアを用いて2次元円柱周りの非定常流れ解析に取り 組む。 ・解析条件の設定 ・結果の後処理(瞬間値と平均値) 講義・演習 自己点検 【予習】配布テキスト(流体解析 )の円柱解析箇所を予習する。 【復習】課題で得られた結果を整 理する。 【課題】講義資料等を参考に課題 を行う。 20 20 90
4 「流体解析」 流体解析の基礎を理解する。汎用熱流体解析ソフトウ ェアを用いて2次元円柱周りの非定常流れ解析に取り 組む。 ・実験値との比較 講義・演習 自己点検 【予習】配布テキスト(流体解析 )の円柱解析箇所を予習する。 【復習】講義・演習内容・課題で 得られた結果を整理する。 【課題】講義資料等を参考に課題 を行い、得られた結果を考察する 。 20 20 90
5 「流体解析」 汎用熱流体解析ソフトウェアを用いて翼型周りの定常 流れ解析に取り組む。 ・迎角の変更 講義・演習 自己点検 【予習】配布テキスト(流体解析 )の翼型解析箇所を予習する。 【復習】講義・演習内容・課題で 得られた結果を整理する。 【課題】講義資料等を参考に課題 を行い、得られた結果を考察する 。 20 20 120
6 「流体解析」 流体解析の基礎を理解する。汎用熱流体解析ソフトウ ェアを用いて翼型周りの定常流れ解析に取り組む。 ・実験値との比較 講義・演習 自己点検 【予習】配布テキスト(流体解析 )の翼型箇所を予習する。 【復習】講義・演習内容・課題で 得られた結果を整理する。 【課題】課題で得られた結果を考 察する。 20 20 180
7 「総合演習(流体解析)」 流体解析に関する演習を行う。 演習 自己点検 【予習】演習内容を確認して授業 に臨む。 【課題】演習の内容を課題にまと め、得られた結果を考察する。 20 180
8 「総合演習(流体解析)」 流体解析に関する演習および討議を行う。 「中間振り返り」 流体解析の課題に関する振り返りを行う。 演習・討議 自己点検 【予習】演習内容を確認して授業 に臨む。 【課題】演習の内容を課題にまと め、得られた結果を考察する。 20 120
9 「構造解析」 有限要素法による構造解析の流れを理解する。 有限要素解析ソフトの機能および使用方法を理解する 。 切り欠き平板の応力集中の解析 ・形状モデリング、要素分割 講義・演習 自己点検 【予習】教科書(構造解析)の第 1章、第2章2.1節、2.2節を予習す る。 【復習】教科書(構造解析)の第 1章を読み解析ソフトの機能およ び使用方法を復習する。 20 40
10 「構造解析」 切り欠き平板の応力集中の解析 ・支持条件、荷重条件の設定 ・解析の実行、結果の表示 ・結果の整理、考察 講義・演習 自己点検 【予習】教科書(構造解析)の第 2章2.3節を予習する。 【復習】講義・演習内容を復習す る。 【課題】課題についての検討結果 をレポートにまとめ提出する。 20 40 120
11 「構造解析」 BoxBeamの構造解析 ・要素タイプの選定、要素分割の実施 講義・演習 自己点検 【予習】教科書(構造解析)の第 3章3.1〜3.3節を予習する。 【復習】講義・演習内容を復習す る。 20 40
12 「構造解析」 BoxBeamの構造解析 ・支持条件、荷重条件の設定 ・解析の実行、結果の表示 ・結果の整理、考察 講義・演習 自己点検 【予習】教科書(構造解析)の第 3章3.3節を予習する。 【復習】講義・演習内容を復習す る。 【課題】課題についての検討結果 をレポートにまとめ提出する。 20 40 120
13 「構造解析」 BoxBeamの構造解析 ・設計基準を想定し、設計基準を満たすように外板の 板厚を変更する 講義・演習 自己点検 【予習】教科書(構造解析)の第 3章3.3.6項を予習する。 【復習】講義・演習内容を復習す る。 20 40
14 「構造解析」 CFRPを適用したBoxBeamの構造解析 ・材料特性(CFRP)の設定 ・支持条件、荷重条件の設定 ・解析の実行、結果の表示 ・結果の整理、考察 講義・演習 自己点検 【予習】教科書(構造解析)の第 3章3.4節を予習する。 【復習】講義・演習内容を復習す る。 【課題】課題についての検討結果 をレポートにまとめ提出する。 20 40 120
15 「総合演習」 数値シミュレーションに関する演習および討議を行う 。 「自己点検授業」 行動目標に達成したかどうかの確認を行う。 演習・討議 自己点検 【予習】これまでの演習問題を復 習し、理解を深める。行動目標を 各自検討・反省する。 【復習】講義内容を復習する。 30 30