専門教育課程 ロボティクス学科
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 |
ロボット材料力学
Mechanics of Materials
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2 |
E207-01 |
2023年度
3期(前学期)
|
修学規程第4条を参照 |
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.剪断力、曲げモーメント
3.はりのたわみ
|
材料力学は、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するもので、ロボッ
トに代表される各種機械の構造設計の基礎となる重要な学問である。本科目では、応力、ひ
ずみといった基礎的概念からスタートし、応力を受ける物体の変形、骨組み構造、はりの問
題へと、講義と演習により段階的に理解を深めていく。外力により材料内部に働く応力をイ
メージし、発生する圧縮・引張・曲げ変形について数学的なモデルを立て、設計計算ができ
る能力を身に着ける。 |
授業の概要および学習上の助言 |
①行列、ベクトル、微分方程式等の数学的手法、単位の組み立て、力、モーメント等の物理概念を用いるが、必要に応じて復
習あるいは補習する。基礎力学、数理工の復習を十分に行うこと。
②授業中の演習には真剣に取り組み、必ず復習をすること。教科書だけでなく、演習問題を数多く解くこと。
③疑問点は放置せずに、オフィスアワー等を利用して解決すること。高校数学・物理分野の復習をしておくと良い。 |
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: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 |
試験や授業で使うため、関数電卓を用意すること。また、よく使い方を練習しておくこと。
教科書に沿って説明するが、必要に応じてベクトル、行列、微分方程式を用いる。従って、線型代数および微積分の基礎知識
を持っていることが望ましい。 |
学生が達成すべき行動目標 |
No. |
学科教育目標 (記号表記) |
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① |
J |
応力、ひずみの概念を理解すること |
② |
J |
応力ーひずみ線図が描け、変形や特性が説明できること |
③ |
J |
はりの剪断力、曲げモーメントを理解し、SFD, BMDが描けること |
④ |
J |
荷重条件から、はりのたわみの微分方程式を導けること |
⑤ |
J |
はりのたわみの微分方程式を解けること |
⑥ |
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達成度評価 |
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評価方法 |
総合評価割合 |
40 |
50 |
10 |
0 |
0 |
0 |
0 |
100 |
指標と評価割合 |
総合評価割合 |
40 |
50 |
10 |
0 |
0 |
0 |
0 |
100 |
総合力指標 |
20 |
20 |
10 |
0 |
0 |
0 |
0 |
50 |
20 |
30 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
50 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
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 |
① |
レ |
はりのSFD, BMDを描く問題、ひずみの微分方程式を解く問題が主として出題される。単位を正しく使うこ
と。有効数字に注意すること。
関数電卓を必ず持参すること。 |
② |
レ |
③ |
レ |
④ |
レ |
⑤ |
レ |
⑥ |
|
クイズ 小テスト |
① |
レ |
課題ごと、単元ごとに小テストを行う予定である。 |
② |
レ |
③ |
レ |
④ |
レ |
⑤ |
レ |
⑥ |
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レポート |
① |
レ |
知識の定着のためにレポートを課す。他人と相談せず、独力ですること。 |
② |
レ |
③ |
レ |
④ |
レ |
⑤ |
レ |
⑥ |
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成果発表 (口頭・実技) |
① |
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|
② |
|
③ |
|
④ |
|
⑤ |
|
⑥ |
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作品 |
① |
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② |
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③ |
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④ |
|
⑤ |
|
⑥ |
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ポートフォリオ |
① |
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② |
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③ |
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④ |
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⑤ |
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⑥ |
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その他 |
① |
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② |
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③ |
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④ |
|
⑤ |
|
⑥ |
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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 |
応力とひずみの概念を、弾性力学の観点から説明できる。
基準強さ、許容応力、安全率を理解し、安全設計ができる。
はりのたわみの微分方程式を立て、解くことができる。
材料力学の知識を応用してロボット設計ができる。 |
応力とひずみが計算できる。
はりのSFDとBMDが描ける。
熱応力が計算できる。
はりのたわみの問題を、古典的な公式によって解くことができ
る。 |
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
単位系
応力とひずみ,フックの法則 |
学習支援計画書による説明
数学能力の判定
力学体系と材料力学の位置
自己点検 |
各自で数学の知識の整理をしてお
くこと
教科書1.1, 1.2, 1.3 |
150 |
2 |
材料の機械的性質
安全率 |
講義と質疑
自己点検 |
教科書1.4, 1.5 |
120 |
3 |
骨組み構造
静定トラス,不静定トラス |
講義と質疑
自己点検 |
教科書2.1,2.2 |
120 |
4 |
初期応力,熱応力,応力集中
せん断応力,内力
積分のおさらい |
講義と質疑
自己点検 |
教科書2.3,2.4,2.5 |
120 |
5 |
引っ張り・圧縮問題
断面積が変化する棒の応力と変形
棒の自重による応力と変形
(積分,せん断応力,内力) |
講義と質疑
自己点検 |
教科書2.1 |
120 |
6 |
はりの支持条件
はりのせん断力と曲げモーメント
分布荷重の扱い |
講義と質疑
自己点検 |
教科書3.1, 3.2 |
120 |
7 |
はりのせん断力と曲げモーメントの演習 |
講義と質疑
自己点検 |
教科書3.1, 3.2 |
120 |
8 |
復習と中間試験 |
1〜7回の理解度の確認
中間の振り返り
自己点検 |
既習部分の復習 |
120 |
9 |
SFD,BMDの描き方
いろいろなパターン |
講義と質疑
自己点検 |
教科書3.1,3.2 |
240 |
10 |
中間試験返却と解説 |
講義と質疑
自己点検 |
既習分野の復習 |
240 |
11 |
SFD,BMDの描き方
曲げ応力
中立軸,中立面,断面二次モーメント |
講義と質疑
演習及び総合学習としてのデ
ィスカッション
自己点検 |
教科書3.2, 3.3 |
240 |
12 |
曲げ応力と曲げモーメントの関係
断面係数 |
講義と質疑
演習及び総合学習としてのデ
ィスカッション
自己点検 |
教科書3.3, 3.4 |
240 |
13 |
はりのたわみ
たわみ角θとたわみw
はりの荷重とθ,wの計算例
ねじり応力 |
講義と質疑
演習及び総合学習としてのデ
ィスカッション
自己点検 |
教科書3.4, 4.1 |
240 |
14 |
復習と達成度確認試験 |
理解度の確認
自己点検 |
はりについての総合復習 |
240 |
15 |
自己点検授業 |
全体講評と補填
自己点検 |
復習 |
120 |
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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。