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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 機械工学科
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
材料力学Ⅲ
Strength of Materials III
2 E027-01 2022年度
5期(前学期)
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
1.3軸応力 2.ひずみエネルギー 3.破壊基準 4.座屈 本科目では、材料力学Ⅰおよび材料力学Ⅱで学んだ、物体の各部に作用している力と変形の 関係に基づき、構造物等の設計に求められる基礎的・応用的知識を学ぶ。具体的には、三軸 応力状態の応力とひずみの関係、長柱の座屈強度、偏心荷重を受ける短柱の力学、ひずみエ ネルギー、材料の破壊基準について学ぶ。
授業の概要および学習上の助言
本科目では以下の内容について学ぶ。いずれも、「材料力学I」で学んだ応力、ひずみ、フックの法則、骨組構造、熱応力、 応力集中、内圧を受ける薄肉円筒、はりとその支持条件、はりのせん断力と曲げモーメント、および「材料力学II」で学んだ はりの応力とたわみ、ねじり、主応力と主せん断応力、モールの応力円、組み合わせ問題が基本となる。 1.3軸応力下での応力とひずみの関係 2.応力とひずみの関係 3.ねじりと曲げと軸力の組み合わせ 4.ひずみエネルギー 5.カスチリアーノの定理 6.材料の破壊基準 7.偏心荷重を受ける短柱 8.長柱の座屈
教科書および参考書・リザーブドブック
教科書:わかりやすい材料力学の基礎 第2版[共立出版] 参考書:材料力学の基礎[培風館] 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I」で学んだ「力のつりあい」、「応力とひずみ」、「フックの法則」、「骨組構造」、「熱応力」、「応力集中 」、「内圧を受ける薄肉円筒」、「はりの支持条件」、「はりのせん断力と曲げモーメント」、および「材料力学II」で学ん だ「はりの応力とたわみ」、「ねじり」、「主応力と主せん断応力」、「モールの応力円」、「組み合わせ問題」を充分理解 しておくことが必要である。また、微分方程式の一般解についてもあらかじめ理解しておくと、長柱の座屈理論に対する理解 が深まると期待される。
学生が達成すべき行動目標
No. 学科教育目標
(記号表記)
D,J,M 3軸応力下での応力とひずみの関係を理解でき、組合せ応力問題を解くことができる。
D,J,M ひずみエネルギーの概念を理解し、はりや柱の変形をカスチリアーノの定理を用いて求めることができる。
D,J,M 材料の破壊基準を理解することができる。
D,J,M 偏心荷重を受ける短柱に生ずる応力分布および断面の核を求めることができる。
D,J,M 長柱の座屈荷重を求めることができる。
D,J,M 材料をモデル化して、その力学的挙動を数理的に扱うことができる。
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 30 20 30 0 0 0 20 100
指標と評価割合 総合評価割合 30 20 30 0 0 0 20 100
総合力指標 知識を取り込む力 20 10 10 0 0 0 0 40
思考・推論・創造する力 10 10 10 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 0 0 0 0 0 5 5
学習に取組む姿勢・意欲 0 0 10 0 0 0 15 25
※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 達成度確認試験を行う。応力とひずみの関係、ねじりと曲げと軸力の組み合わせ、座屈について、主とし て出題される。力学モデルを正確に理解できるようにすること。もっとも基礎的な構成式からスタートし て、問題文に適切な境界条件を設定することにより解答を導く過程について、どのレベルまで理解してい るかを問う。模式図を用いながら、実際の力・モーメントのかかり方やそれにともなう変形の仕方を具体 的にイメージしながら解答すること。また、有効数字や単位の表し方に注意を払ってほしい。材料力学I およびIIで学んだ知識を思い出してほしい。
クイズ
小テスト
応力とひずみの関係、ねじりと曲げと軸力の組み合わせ、座屈について、それぞれ小テスト(合計2回) を行う。
レポート 学習意義の理解と知識の定着による総合的な材料力学の理解の推進のために、レポートを3回程度実施す る。内容は、組合せ応力問題に関する演習問題解答、ひずみエネルギーおよび破壊基準に関する演習問題 解答、本科目で学ぶ内容がどのようなものの設計にどのように利用されているかの調査と考察、である。 未提出はもちろん期限を過ぎて提出されたレポートについては学習意欲がないものとして減点する。
成果発表
(口頭・実技)
作品
ポートフォリオ
その他 講義の予習成果として、予習ノートを提出する。材料力学ⅠおよびⅡの復習を含め、計8回の予習ノート のうち、指定回数以上の提出が要求される。学習に対する意欲、授業中の態度、授業への積極的な参加な どを総合的に評価する。
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
①3軸応力下での応力とひずみの関係を理解でき、複雑な組合 せ応力問題を解くことができる。 ②ひずみエネルギーの概念を理解し、はりや柱の変形をカスチ リアーノの定理を用いて求めることができる。 ③材料の破壊基準を理解できる。 ④偏心荷重を受ける短柱の応力分布、断面の核、柱の座屈荷重 の理論と計算が確実にできる。 ⑤材料をモデル化して、その力学的挙動を数理的に扱うことが できる。 ①簡単な組合せ応力問題を解くことができる。 ②ひずみエネルギーを計算できる。 ③破壊基準を解答できる。 ④偏心荷重を受ける短柱に生ずる最大応力や座屈荷重を計算で きる。 ⑤材料をモデル化できる。
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のもとに、科目の目標、概要 や行動目標を理解する。特に、この科目が機械工学科 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。 材料力学Ⅰおよび材料力学Ⅱについて復習する。 講義、演習問題解答、質疑、 振り返り 材料力学Ⅰについて、あらかじめ 復習しておく。 授業の内容を復習し、関連する演 習問題を解く。 120 60
2 3軸応力下での応力とひずみの関係について学習する 。 平面応力と平面ひずみについて学習する。 講義、演習問題解答、質疑、 振り返り テキストを読み予習ノートにまと める。 授業の内容を復習し、関連する演 習問題を解く。 60 60
3 弾性係数間の関係について学習する。 ねじりと曲げと軸力の組合せについて学習する。 講義、演習問題解答、質疑、 振り返り テキストを読み予習ノートにまと める。 授業の内容を復習し、関連する演 習問題を解く。 60 60
4 第5章の演習問題を解答し、理解を深める。 講義、演習問題解答、質疑、 振り返り 授業開始までに、与えられたレポ ート課題を提出する。 テキストを読み予習ノートにまと める。 復習として、第5章の内容に関連 する演習問題を解く。 90 60 90
5 第2〜3回の学習内容に関して、第1回小テストをおこ なう。 小テストの模範解答により理解を深める。(中間振り 返り) 小テスト、解説、質疑、振り 返り 第2〜3回の学習内容に関連する演 習問題を解き、理解を深めておく 。 小テストで理解不充分な点につい て復習する。 120 60
6 ひずみエネルギーについて学習する。 カスチリアーノの定理について学習する。 講義、演習問題解答、質疑、 振り返り 授業の内容を読み予習ノートにま とめる。 授業の内容を復習し、関連する演 習問題を解く。 60 60
7 材料の破壊基準について学習する。 講義、演習問題解答、質疑、 振り返り 授業の内容を読み予習ノートにま とめる。 授業の内容を復習し、関連する演 習問題を解く。 60 60
8 偏心荷重を受ける短柱について学習する。 講義、演習問題解答、質疑、 振り返り 授業開始までに、与えられたレポ ート課題を提出する。 テキストを読み予習ノートにまと める。 授業の内容を復習し、関連する演 習問題を解く。 90 60 60
9 長柱の座屈について学習する。 講義、演習問題解答、質疑、 振り返り テキストを読み予習ノートにまと める。 授業の内容を復習し、関連する演 習問題を解く。 60 60
10 許容座屈荷重について学習する。 講義、演習問題解答、質疑、 振り返り テキストを読み予習ノートにまと める。 授業の内容を復習し、関連する演 習問題を解く。 60 60
11 第6章の演習問題を解答し、理解を深める。 演習問題解答、質疑、振り返 り 予習・復習として、第6章の内容 に関連する演習問題を解く。 120
12 第6〜10回の学習内容に関して、第2回小テストをおこ なう。 小テストの模範解答により理解を深める。 小テスト、解説、質疑、振り 返り 授業開始までに、与えられたレポ ート課題を提出する。 第6〜10回の学習内容に関連する 演習問題を解き、理解を深めてお く。 小テストで理解不充分な点につい て復習する。 120 120 60
13 材料力学全般に関する総合的な演習問題解答により総 合的な理解を深める。 演習問題解答、質疑、振り返 り これまでに理解不充分な点につい て復習する。 180
14 達成度確認試験により、理解度を確認する。 達成度確認試験の模範解答により理解を深める。 達成度確認試験、解説、質疑 、自己点検 第1〜11回の学習内容に関連する 演習問題を解き、理解を深めてお く。 180
15 材料力学全般に関する演習と解説を実施する。 これまでの学習内容についての総合振り返りをおこな う。 演習問題解答、質疑、全体の 講評、自己点検 これまでに理解不充分な点につい て復習するとともに、総合振り返 りを行う。 60