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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Ⅰ
Strength of Materials I
2 E007-01 2022年度
3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.応力・ひずみ 2.引張・圧縮 3.はりの曲げモーメント 4.地域連携 材料力学とは、橋、鉄塔、自動車、飛行機、エネルギー機器、生体組織や細胞など形あるも のの各部に作用している力や変形状態を明らかにし、それらの結果を安全設計などに役立て ることができるようになるための機械工学の基礎となる重要な科目である。そのため、本科 目では、材料力学の基礎的な内容について、講義と演習により、徹底した理解を修得する。 また、地域企業に関連する課題により、材料力学と社会・技術とのかかわりについて理解を 深める。
授業の概要および学習上の助言
以下の内容は、時代がいかに変化しようと常に必要な基本的知識であって、工学に携わる者は完全に習得してほしい。演習問 題解答を多くこなすことが重要であるが、材料力学という学問は、公式やパターンを単に記憶するだけでは理解がきわめて困 難である。すべての問題について、基礎的な構成式(これは必ず覚える)からスタートして、問題文に適切な境界条件を設定 する(ここがポイントである)ことで問題解答する姿勢を継続すること。また、単純に問題解答するのでなく、ポンチ絵を用 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によって 理解を深める工夫が必要となる。 1.応力とひずみ           6.不静定問題 2.フックの法則           7.熱応力,応力集中 3.材料の機械的性質         8.内圧を受ける薄肉円筒 4.許容応力と安全率         9.はりとその支持条件 5.引張・圧縮問題         10.はりのせん断力と曲げモーメント なお、地域企業に関連する課題について取り組み、その内容についての発表・ディスカッションによるアクティブラーニング を通して、材料力学と社会・技術とのかかわりについて理解を深める。
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(基礎編)[森北出版] 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
計算問題を数多く解くことによって理解することが、材料力学を学ぶ最も良い近道である。その前提として、「工業力学I」 を充分理解しておくことが必要である。また、続いて開講される「材料力学II」、「材料力学III」は、本科目の応用である ので充分理解するよう努力してほしい。
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 垂直応力、せん断応力、垂直ひずみ、せん断ひずみの概念とフックの法則が理解でき、それらを応用することができる。
D,J,M 主要な材料の応力―ひずみ特性が描け、材料の変形や破壊挙動を説明できる。
D,J,M 材料の性質と設計に用いる基準強さや許容応力の関係を説明できる。
D,J,M 引張・圧縮、不静定、熱応力問題、内圧を受ける薄肉円筒における応力を求めることができ、応力集中の概念を説明できる。
D,J,M はりに働く荷重によって生ずる支点の反力やせん断力、曲げモーメントを求めることができ、SFD、BMDが描ける。
D,J,M 材料力学と社会・技術とのかかわりについて理解できる。
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 30 20 0 0 0 20 100
指標と評価割合 総合評価割合 30 30 20 0 0 0 20 100
総合力指標 知識を取り込む力 20 15 10 0 0 0 0 45
思考・推論・創造する力 10 10 5 0 0 0 0 25
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 5 5 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。垂直応力・せん断応力・垂直ひずみ・せん断ひずみ・フックの法則・材料の機械 的性質・許容応力・安全率といった基礎的な内容の理解をベースとして、熱応力、内圧を受ける薄肉円筒 やはりのSFD・BMDを描く問題などが主として出題される。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。ポンチ絵を用いながら、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。工業力学Iで学んだ力のモーメントの定義・求め方を思い出してほしい。
クイズ
小テスト
応力とひずみ、フックの法則、材料の機械的性質、許容応力と安全率、引張・圧縮問題、不静定問題、熱 応力問題、応力集中、内圧を受ける薄肉円筒などについて、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2回程度実施す る。内容は、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、演 習問題解答による全体的に理解度が高くない内容の復習と理解または発展的な問題へのチャレンジ、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。指定回数以上の提出が要求される。また、各授業のおわ りに自己点検レポートを提出する。さらに、地域企業に関するレポート、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
①応力やひずみの概念が理解できる。 ②公称応力、真応力と公称ひずみ、真ひずみを区別できる。 ③基準強さや許容応力を用いて、安全設計ができる。 ④引張・圧縮問題、不静定問題、熱応力問題、内圧を受ける薄 肉円筒における応力を計算できる。 ⑤任意の分布荷重を負荷されたはりなど、すべてのはりのSFD やBMDが描ける。 ⑥材料力学と社会・技術とのかかわりについて深く理解できる 。 ①応力やひずみを計算できる。 ②安全率を用いた計算ができる。 ③骨組構造、熱応力問題、内圧を受ける薄肉円筒における応力 を計算できる。 ④集中荷重および等分布荷重を負荷されたはりのSFDやBMDが描 ける。 ⑤材料力学と社会・技術とのかかわりについて理解できる。
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 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。 必要に応じて、材料力学Iの理解に必要な数学・力学 について復習する。 本科目の講義方針を理解し、材料力学についての基礎 的事項を学習する。 SI単位と工学単位の換算を学習する。 講義、演習問題解答、質疑、 自己点検 三角関数、力の分解・合成・平行 移動、力のつりあい、力のモーメ ントについて、あらかじめ復習し ておく。 テキストpp.1〜4をよく読んでお く。 授業の内容を復習し、関連する演 習問題を解く。 60 30 60
2 応力について学習する。 ひずみについて学習する 講義、演習問題解答、質疑、 自己点検 テキストpp.4〜6、7〜9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 ひずみについて学習する。 フックの法則について学習する。 講義、演習問題解答、質疑、 自己点検 テキストpp.7〜9、9〜11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 材料の機械的性質について学習する。 許容応力と安全率について学習する。 講義、演習問題解答、質疑、 自己点検 テキストpp.11〜14、14〜15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
5 第1〜4回の学習内容に関して第1章の演習問題を解答 し、板書によってディスカッションし、理解を深める 。または、第2章の断面積が変化する棒の応力とひず み、棒の自重によって生ずる応力とひずみについて学 習する。 演習問題解答、質疑、講義、 自己点検 授業開始までに、与えられたレポ ート課題を提出する。 復習として、第1章の内容に関す る演習問題を解く。 テキストpp.19〜20、21〜25を読 み予習ノートにまとめる。 90 90 60
6 第1〜5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) 骨組み構造について学習する。 小テスト、解説、講義、演習 問題解答、質疑、自己点検 第1〜5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。 テキストpp.20〜21を読み予習ノ ートにまとめる。 120 60 30
7 熱応力について学習する。 講義、演習問題解答、質疑、 自己点検 テキストpp.33〜35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 応力集中について学習する。 内圧を受ける薄肉円筒について学習する。 講義、演習問題解答、質疑、 自己点検 テキストpp.36〜39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
9 第6〜8回の学習内容に関して第2章の演習問題を解答 し、板書によってディスカッションし、理解を深める 。または、不静定問題について学習する。 演習問題解答、質疑、講義、 自己点検 第2章の内容に関する演習問題を 解く。 テキストpp.26〜32を読み予習ノ ートにまとめる。 120 60
10 第6〜9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。(中間振り 返り) はりとその支持条件について学習する。 小テスト、解説、講義、演習 問題解答、質疑、自己点検 第6〜9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。 テキストpp.45〜48を読み予習ノ ートにまとめる。 120 60 30
11 はりのせん断力と曲げモーメントについて学習する。 講義、演習問題解答、質疑、 自己点検 テキストpp.48〜52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
12 はりのせん断力と曲げモーメントについて学習する。 せん断力と曲げモーメントの関係について学習する。 講義、演習問題解答、質疑、 自己点検 テキストpp.53〜58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
13 第10〜12回の学習内容に関して第3章の演習問題を解 答し、板書等によってディスカッションし、理解を深 める。または、任意の分布荷重を負荷されたはりなど のせん断力と曲げモーメントについて学習する。 演習問題解答、質疑、自己点 検 授業開始までに、与えられたレポ ート課題を提出する。 授業の内容を復習し、関連する演 習問題を解く。 復習として、第3章の内容に関連 する演習問題を解く。 任意の分布荷重を受けるはりにつ いて予習ノートにまとめる。 120 30 90 30
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1〜13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。 120 60
15 地域企業に関するレポートを提出する。 自己点検授業 発表、質疑、全体の講評、自 己点検 地域企業に関するレポート課題を 提出する。 学習が不充分である項目について 復習する。 90 120