2018年度 材料と部材の力学   Mechanics of Materials and Members

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開講元
土木・環境工学系
担当教員名
廣瀬 壮一 
授業形態
講義
メディア利用
 
曜日・時限(講義室)
火3-4(M114)  金3-4(M114)  
クラス
-
科目コード
CVE.A201
単位数
2
開講年度
2018年度
開講クォーター
1Q
シラバス更新日
2018年4月5日
講義資料更新日
-
使用言語
日本語
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講義の概要とねらい

本講義では,材料及び部材に関する力学の基礎を扱う.まず,軸力,ねじり,曲げ,せん断といった様々な荷重を受ける棒,梁,柱の各部材内の応力,力,ひずみ,変位を説明する.そして,応力及びひずみの変換を説明した後,応力を用いた設計法や破壊基準を紹介する.最後に部材の変形の挙動が微分方程式で表わされることを示す.

これまで力学は物理で学んできたと思うが,そこでは質点や剛体が主で,物体の変形は考慮されていなかったのではないか.しかし,実際の構造物では外力が作用すると変形が生じる.構造物の設計には力や応力が重要な役割を果たしているが,同時に変位も考慮することが求められる.力のつり合い式に,材料特性を表す応力とひずみの関係やひずみと変形の関係の組み合わせることによって,最終的には変形が微分方程式で記述できることを学んでほしい.この論法は力学の基礎理論をなしており,後続の構造力学はもとより,水理,土質,コンクリートといった様々な土木分野における力学系授業の基礎となるものである.

到達目標

本講義を履修することによって次の能力を修得する.
1. 力,応力,ひずみ,変位の関係を説明することができる.
2. 軸力,ねじり,曲げ,せん断を受ける部材内の応力分布を説明することができる.
3. 応力とひずみの変換を理解し,主応力や主ひずみを求めることができる.
4.応力が構造物の設計において果たす役割について説明することができる.
5. 部材の変形が微分方程式で記述されることを説明することができる.

実務経験のある教員等による授業科目等

-

キーワード

応力,ひずみ,変位,ねじり,曲げ,せん断,主応力,主ひずみ,弾性,弾塑性,安全率,設計,破壊基準,座屈

学生が身につける力(ディグリー・ポリシー)

専門力 教養力 コミュニケーション力 展開力(探究力又は設定力) 展開力(実践力又は解決力)

授業の進め方

授業は講義を中心としたものとなる.しかし,講義だけでは内容を十分に身につけることはできないと思われるので,毎回課題を宿題として課す.復習の意味を込めて,宿題の返却時には課題の解答について説明を行う.

授業計画・課題

  授業計画 課題
第1回 力,応力の概念,つり合い 力,応力及び許容応力設計法の概念を説明できる.自由物体のつり合いによって応力を求めることができる.
第2回 直応力と直ひずみの関係, 軸力を受ける棒の力学 棒における直応力と直ひずみの関係を説明できる.棒の変形を求めることができる.不静定な棒の問題を解くことができる.
第3回 一般的な応力とひずみの関係,応力集中,非弾性挙動など 一般的な応力-ひずみ関係を説明できる.応力集中,塑性変形,残留変形,残留応力を説明できる.
第4回 ねじりを受ける部材の応力と変形 ねじりを受ける丸棒の応力と変形を求めることができる.
第5回 純曲げを受ける部材の応力と変形 純曲げを受ける梁の応力と変形を求めることができる.
第6回 純曲げに関連する話題 - 組合せ材料,弾塑性,残留応力 純曲げを受ける組合せ部材,弾塑性状態での曲げ部材の応力と変位を説明できること.
第7回 非対称曲げを受ける部材の応力 非対称曲げを受ける部材の応力を求めることができる.
第8回 曲げ梁の解析 - せん断力図と曲げモーメント図 曲げ梁のせん断力と曲げモーメントの関係を説明できる.梁のせん断力図と曲げモーメント図を描けることができる.
第9回 梁部材のせん断応力 梁部材の断面におけるせん断応力を求めることができる.
第10回 薄肉部材のせん断応力 薄肉部材の断面におけるせん断応力を求めることができる.
第11回 応力の変換 - 平面応力; 主応力,最大せん断応力,モールの応力円 平面応力状態を説明できる.主応力,最大せん断応力,モールの応力円を求めることができる.
第12回 応力とひずみの変換 - 3次元応力,破壊基準,薄肉部材における応力, ひずみの変換 3次元応力,破壊基準,薄肉部材における応力, ひずみの変換について説明できる.
第13回 組合せ荷重下での応力 組合せ荷重下での応力を求めることができる.
第14回 はりの変形 はりの変形が満たす微分方程式を導出し,変位を求めることができる.
第15回 柱の不安定現象を説明でき,座屈荷重を求めることができる.

教科書

はじめての材料力学

参考書、講義資料等

Mechanics of Materials: F. P. Beer, E. R. Jonston Jr., J.T. Dewolf and D. F. Mazurek著, 7th edition, McGrawHill

成績評価の基準及び方法

宿題20%、試験 80%

関連する科目

  • CVE.A202 : 構造力学第一
  • CVE.A301 : 構造力学第二

履修の条件(知識・技能・履修済科目等)

力学基礎1(LAS.P101)を履修していること, あるいは,同等の知識を有していること.

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