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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
3Dシミュレーション
Computer Aided Design and Simulation
2 E041-01 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.CAE 2.有限要素法 3.ソリッドモデリング 4.応力解析 5.地域連携 CAEシステムとはCADによる設計に基づき、有限要素法などを利用してシミュレーショ ンを行いながら設計の最適化、高度化を図る技術である。そのため、本科目では、有限要素 解析の理論と概要を理解し、機械設計に応用するための具体的手法を理解する。さらに、そ れに基づいて、有限要素法による応力解析や変形解析を通して機械構造物の設計解析アプロ ーチを学ぶ。また、実際の企業で問題となっているCAEの課題について理解し、知識を深 める。
授業の概要および学習上の助言
設計・生産技術は日本の経済力を支える重要な基盤技術であり、高精度な部品を効率よく加工し製品に組み上げるハードウエ ア製造技術と、複雑で多岐にわたる設計・生産活動を効率よく支援するソフトウエア技術の二つに大別できる。本科目は設計 から製造に至る様々な技術者の活動を効果的に支援するCAEシステムを取り上げ、その機能と応用について学ぶ。授業はシ ステムの機能や構造に関する講義とコンピュータを用いた演習で構成される。また、実際の設計現場でCAEがどのように活 用されているか理解し、ものづくりに果たす役割について理解する。
教科書および参考書・リザーブドブック
教科書:指定なし 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」、「材料科学」は、本科目を理解するための基礎科目である。これらの科目は修得済みであることが望ましい。 演習中、過去に学習した知識が不確実なままであることが分かった場合は、しっかりと復習を行うこと。
学生が達成すべき行動目標
No. 学科教育目標
(記号表記)
D,J,N 有限要素解析の理論と概要を理解し、実際の設計・生産業務に活かすための解析手法を選択・活用できる。
D,E,J,L 構造解析に用いる材料定数を適切に指定でき、解析対象となる問題に最適な要素種別を適切に指定できる。
D,E,J,L 充分な精度を確保できる範囲内で計算コストを低減する要素分割を行うことができる。
D,E,J,L 各部品の使用環境を考察しながら、適切な荷重条件や拘束条件を指定できる。
D,E,G,J,L,N,O 解析結果を適切な方法で表現し、設計の無理や無駄を分析できる。
G,J,N,O CAEシステムを用いた設計の社会的な必要性を理解し説明できる。
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 50 30 10 0 0 10 100
指標と評価割合 総合評価割合 0 50 30 10 0 0 10 100
総合力指標 知識を取り込む力 0 20 10 0 0 0 0 30
思考・推論・創造する力 0 20 10 0 0 0 5 35
コラボレーションと
リーダーシップ
0 0 5 0 0 0 0 5
発表・表現・伝達する力 0 0 0 5 0 0 0 5
学習に取組む姿勢・意欲 0 10 5 5 0 0 5 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
クイズ
小テスト
クラスワーク演習課題で評価する。講義内容に関する解析モデルの作成や解析の結果が評価対象である。 これらの学習活動は、その週に学んだ学習主題の理解促進と応用能力の定着が目的である。
レポート 総合演習として、プロジェクト型の課題(設計プロジェクト)で、これまでに学んできたCAE技術を応 用し、具体的な機械部品の最適設計を行う。結果はプロジェクトレポートとして提出が求められ、重要な 機能の正確な理解と設計作業への応用能力を評価する。また、応力に関する基礎的な理解を問うレポート を課す。
成果発表
(口頭・実技)
設計プロジェクトの成果を口頭発表する。
作品
ポートフォリオ
その他 実際の企業におけるCAEと設計の関連を理解し、ものづくりに果たす役割についてまとめる。
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有限要素解析の理論と概要を理解し、実際の設計・生産業務 に活かすための解析手法を選択・活用できる。 ②構造解析に用いる材料定数を適切に指定でき、解析対象とな る問題に最適な要素種別を適切に指定できる。 ③充分な精度を確保できる範囲内で計算コストを低減する要素 分割を行うことができる。 ④各部品の使用環境を考察しながら、適切な荷重条件や拘束条 件を指定できる。 ⑤解析結果を適切な方法で表現し、設計の無理や無駄を分析で きる。 ⑥CAEシステムを用いた設計の社会的な必要性を理解し説明で きる。 ①有限要素解析の理論と概要を理解できる。 ②構造解析に用いる材料定数を指定でき、解析対象となる問題 に最適な要素種別を指定できる。 ③精度と計算コストを考慮して要素分割を行うことができる。 ④各部品の使用環境を考察しながら、荷重条件や拘束条件を指 定できる。 ⑤解析結果を表現し、設計の無理や無駄を分析できる。 ⑥CAEシステムを用いた設計の社会的な必要性を理解できる。
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 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。 本科目の講義方針を理解し、有限要素解析についての 基礎的事項を学習する。 講義、質疑、自己点検 予習:応力とひずみ 復習:有限要素法の概要 課題:応力に関するレポート作成 60 40 100
2 2D有限要素解析演習 ・解析ソフトの操作方法の練習(棒の引張の2D応力 解析演習) ・片持ちはりの2D応力解析(一次要素) 講義、質疑、演習、自己点検 予習:はりの曲げ 復習:解析演習で新たに修得した スキルの定着 60 40
3 2D有限要素解析演習 ・片持ちはりの2D応力解析(二次要素) ・二次要素と一次要素の解析結果の比較 講義、質疑、演習、自己点検 予習:一次要素と二次要素の違い 復習:解析演習で新たに修得した スキルの定着 課題:演習課題①についてのレポ ート作成 60 40 100
4 2D有限要素解析演習 ・有孔引張の2D応力解析 講義、質疑、演習、自己点検 予習:応力集中係数 復習:解析演習で新たに修得した スキルの定着 60 40
5 2D有限要素解析演習 ・有孔引張の2D応力解析における要素分割の妥当性 の検討 講義、質疑、演習、自己点検 予習:要素分割妥当性検討方法 復習:解析演習で新たに修得した スキルの定着 課題:演習課題②についてのレポ ート作成 60 40 100
6 2D有限要素解析演習 ・有孔引張の2D応力解析における対称境界・カップ リングの適用 講義、質疑、演習、自己点検 予習:対称対象・カップリング適 用の概要 復習:解析演習で新たに修得した スキルの定着 60 40
7 2D有限要素解析演習 ・対称境界・カップリングを適用した有孔引張の2D 応力解析における要素分割の妥当性の検討 講義、質疑、演習、自己点検 予習:円孔周囲の応力分布 復習:解析演習で新たに修得した スキルの定着 課題:演習課題③についてのレポ ート作成 60 40 100
8 3D有限要素解析演習 ・片持ちはりの3D応力解析 ・3D解析と2D解析の解析結果の比較 講義、質疑、演習、自己点検 予習:2D解析と3D解析の違い 復習:解析演習で新たに修得した スキルの定着 課題:演習課題④についてのレポ ート作成 60 40 100
9 3D有限要素解析演習 ・フックの3D応力解析 講義、質疑、演習、自己点検 予習:2Dモデルからの3Dモデ ルの作り方 復習:解析演習で新たに修得した スキルの定着 60 40
10 3D有限要素解析演習 ・降伏破壊基準の適用によるフックの設計 講義、質疑、演習、自己点検 予習:降伏破壊基準 復習:解析演習で新たに修得した スキルの定着 課題:演習課題⑤についてのレポ ート作成 60 40 100
11 3D有限要素解析演習 ・3D-CAD図面の変換 ・コンロッドの3D応力解析 講義、質疑、演習、自己点検 予習:3D-CADモデルのイン ポート方法 復習:解析演習で新たに修得した スキルの定着 60 40
12 3D有限要素解析演習(チーム課題) ・降伏破壊基準の適用によるコンロッドの設計 講義、質疑、演習、自己点検 予習:コンロッド設計案の検討 復習:解析演習で新たに修得した スキルの定着 課題:地域連携レポート作成 60 40 100
13 3D有限要素解析演習(チーム課題) ・降伏破壊基準の適用によるコンロッドの設計 講義、質疑、演習、自己点検 予習:種々の材料特性調査 復習:解析演習で新たに修得した スキルの定着 60 40
14 コンロッドの設計報告書作成・発表動画準備(チーム 課題) 講義、質疑、演習、自己点検 課題:コンロッドの設計報告書作 成と発表動画準備 200
15 チーム課題に関する発表動画の視聴・相互評価 講義、質疑、発表、自己点検 復習:解析演習で修得したスキル の定着 200