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科目の基本情報

開講年度 2018 年度
開講区分 工学部機械工学科 ・専門教育
受講対象学生 学部(学士課程) : 3年次
工学部機械工学科
選択・必修 選択
学科選択
授業科目名 機能加工システム
きのうかこうしすてむ
Deformation Processing System
単位数 2 単位
受講対象学生
選択・必修
授業科目名
単位数 単位
他学部・他研究科からの受講
市民開放授業 市民開放授業ではない
開講学期

後期

開講時間 水曜日 3, 4時限
開講場所

担当教員 吉川高正(工学研究科機械工学専攻)

YOSHIKAWA, Takamasa

学習の目的と方法

授業の概要  工業的なものづくりでは,製品の多様化・高度化とともに精度・効率の向上と,省資源化が要求され続けている.機械技術者には,機能・強度設計とともに,要求仕様を満足しながら,実体としての機械を実現するための機械工作法の適切な選択や加工技術を発展させる能力が要請されている.
 本講義では,機械工作法のひとつの主軸をなす塑性加工について扱う.塑性変形を利用した成形にかかわる現象を理解・検証するために有力な塑性力学の基礎を学ぶ.
学習の目的 材料力学(弾性論)で学んだ強度設計の基準について理解・利用できるようになる.また,材料(特に機械構造用材料として重要な金属材料)の塑性についての知識と塑性力学が理解できるようになる.さらに,塑性力学を学ぶことで,具体的な材料と加工方法に関する塑性変形の現象が理解でき,適切な加工方法を選択し,これを発展させられる基礎知識が身につけられる.
学習の到達目標 材料,主に金属材料の塑性変形を説明できるようになる.材料力学,連続体力学において学んだ応力,ひずみに関する知識を復習し,主な降伏関数について導出できるようになる.また,初等解法を用いて,基礎的な塑性変形を具体的に計算予測できるようになる.
ディプロマ・ポリシー
○ 学科・コース等の教育目標
○ JABEE 関連項目

○ 全学の教育目標
感じる力
  •  感性
  •  共感
  •  倫理観
  •  モチベーション
  • ○主体的学習力
  •  心身の健康に対する意識
考える力
  •  幅広い教養
  • ○専門知識・技術
  • ○論理的思考力
  •  課題探求力
  • ○問題解決力
  •  批判的思考力
コミュニケーション力
  •  情報受発信力
  • ○討論・対話力
  •  指導力・協調性
  •  社会人としての態度
  •  実践外国語力
生きる力
  • ○感じる力、考える力、コミュニケーション力を総合した力

「感じる力」:20%
「考える力」:60%
「コミュニケーション力」:10%
「生きる力」:10%

授業の方法 講義

授業の特徴

教科書 「基礎塑性加工学」第3版 (川並高雄他編著,森北出版)
参考書 「例題で学ぶ初めての塑性力学」(日本塑性加工学会編,森北出版)
「塑性の物理」(渋谷陽二著,森北出版)
成績評価方法と基準 評価は,期末試験(100点)で行い,得点/10の小数点以下を四捨五入して6以上を合格とする.開講中に提示する演習課題の評価を期末試験に加点する..
オフィスアワー 木曜日16:20~17:00,機械創成棟4階吉川教員室にて対応.電子メールによる受付も可.
受講要件
予め履修が望ましい科目 機械加工学・連続体力学を受講済みであることが望ましい.
また,同時期に開講される計算機援用工学を受講することが望ましい.
発展科目 生産システム工学
授業改善への工夫 機械工作法としての塑性加工技術に関しては,視覚的な資料によって理解しやすい講義を目指す.
また,塑性力学に関しては,なるべく多くの図示とともに,数理の関連が把握しやすい板書を心がける.
適宜演習問題レポートを課し,理解を促す.
その他 講義の理解のために準備した図等のうち,重要なものは配布する.
板書およびスライド等については講義中の写真撮影を禁止する.
また,授業中の私語については厳禁とする.

授業計画

第1回 概要 ガイダンス 講義の目的・目標
授業時間内の学習内容 講義形式:スライド
講義内容:
本講義の目的と目標,進め方,および評価方法を述べる.
他の教科(主に材料力学系や材料系教科)とのかかわりを明らかにし,履修および修学のために復習しておいた方が望ましい基礎教育科目を明示する.
キーワード(Key Word(s)) 塑性加工(plastic working),強度設計(strength design),降伏(yield),破壊(fracture),弾性変形(elastic deformation),塑性変形(plastic deformation),材料力学(strength of materials),応力(stress)
事前学修の内容 3年次前期に開講された「連続体力学」で取り扱われた内容について,ノートなどに目を通しておく.
事後学修の内容 本講義では第1,第2回講義を,内容のイメージ把握のためにスライドで行う.思い出して可能な範囲でノートに図示しておくとよい.
講義で説明された内容をもとに,2年次前期に開講された「材料力学及び演習」,3年次前期に開講された「連続体力学」と本講義の関係性,3年次後期に同時開講されている「計算機援用工学」との関係性について理解しておく.「連続体力学」を履修した学生は講義ノートなどで復習しておくとよい.
自由記述欄
第2回 概要 材料の強度と塑性変形(概論)
授業時間内の学習内容 講義形式:スライド及び板書
講義内容:
材料力学系科目,基礎化学,物理学,材料学などをもとに,塑性変形のメカニズムや基礎的知識を説明する.
キーワード(Key Word(s)) 延性金属材料(ductile metal),応力‐ひずみ曲線(stress-strain curve),金属結合(metallic bond),結晶(crystal),すべり(slip),すべり系(slip system),多
結晶(polycrystal),等方性(isotropy)
事前学修の内容 機械工学実験及び実習Ⅱ-4(材料の機械的性質―引張試験―)の項について目を通しておく.すでに実習を受講した学生はレポート課題について熟考しておく.
「材料力学及び演習」,「連続体力学」,「材料科学」について復習しておく.
事後学修の内容 スライドで図,アニメーションによって説明された内容を復習しておく.C.R. バレット他,「材料科学1」(培風館)が図例が多く参考になる.
第3回以降に深くかかわるため,応力-ひずみに関するイメージを復習しておく.テキストか「連続体力学」のノートを参考にするとよい.
機械工学実験及び実習Ⅱ-4を受講した学生は,実験時の観察状況を思い出しておくとよい.
配布されたレジメに付属の演習問題を解いておく.
自由記述欄
第3回 概要 応力の一般化
授業時間内の学習内容 講義形式:板書
講義内容:
Cauchyの応力テンソルと任意の面の応力について述べる.
キーワード(Key Word(s)) 応力(stress),応力テンソル(stress tensor),単位法線ベクトル(unit normal vector)
事前学修の内容 「材料力学及び演習」の応力の項について復習しておく.
「工業数学Ⅰ」(線形代数学)または「基礎線形代数学」のベクトルの内積および行列の積について十分に復習しておく.
事後学修の内容 配布されたレジメに付属の演習問題を解いておく.
レジメや講義ノートを復習し,講義における数理展開で不明点がある場合は,代数学の弱点を復習し,理解しておく.
自由記述欄
第4回 概要 応力の座標回転
授業時間内の学習内容 講義形式:板書
講義内容:
座標系が異なる(回転)ときの応力テンソルについて述べる.
キーワード(Key Word(s)) 座標系(coordinate system),方向余弦(direction cosine),応力テンソル(stress tensor)
事前学修の内容 第3回講義の内容を復習しておく.
「工業数学Ⅰ」(線形代数学)または「基礎線形代数学」のベクトルの内積および行列の積について十分に復習しておく.
事後学修の内容 配布されたレジメに付属の演習問題を解いておく.
レジメや講義ノートを復習し,講義における数理展開で不明点がある場合は,代数学の弱点を復習し,理解しておく.
テキストや講義ノートをもとに,方向余弦に関して空間図形的に理解しておく.
自由記述欄
第5回 概要 ひずみの一般化
授業時間内の学習内容 講義形式:板書
講義内容:
Green-Lagrangeのひずみテンソルを導出する.
「材料力学及び演習」,「連続体力学」で学んだひずみとの関係を述べる.
キーワード(Key Word(s)) 変位(displacement),変位ベクトル(displacement vector),ひずみ(strain)
事前学修の内容 ベクトル関数について復習しておく。
工業数学,基礎教育科目の数学で学んだ,テーラー(マクローリン)展開の意味と技法を復習しておく.「材料力学及び演習」と「連続体力学」で学んだひずみについて理解しておく.
事後学修の内容 配布されたレジメに付属の演習問題を解いておく.
講義で行われた計算展開を自分で計算する.
微小ひずみとGreen-Lagrangeのひずみとの関係を復習しておく.
自由記述欄
第6回 概要 ひずみテンソルの座標回転
授業時間内の学習内容 講義形式:板書
講義内容:
座標系が異なる(回転)ときのひずみテンソルについて述べる.
キーワード(Key Word(s)) 座標系(coordinate system),方向余弦(direction cosine),ひずみテンソル(stress tensor)
事前学修の内容 第4回,第5回の内容をよく復習しておく.
事後学修の内容 配布されたレジメに付属の演習問題を解いておく.
自由記述欄
第7回 概要 一般化されたフックの法則
授業時間内の学習内容 講義形式:板書
講義内容:
等方性材料における一般化されたフックの法則について述べる.
キーワード(Key Word(s)) フックの法則(Hook’s law),弾性係数(elastic modulus),ヤング率(Young's modulus),剛性率(modulus of rigidity),ポアソン比(Poisson's ratio)
事前学修の内容 「材料力学及び演習」,「連続体力学」のノートなどでフックの法則について復習しておく.
事後学修の内容 配布されたレジメに付属の演習問題を解いておく.
自由記述欄
第8回 概要 座標不変量(1)主応力
授業時間内の学習内容 講義形式:板書
講義内容:
主応力について述べる.
キーワード(Key Word(s)) 応力テンソル(stress tensor),主応力(principal stress),固有値(eigenvalue),固有ベクトル(eigenvector)
事前学修の内容 第3回,第4回講義内容を復習しておく.行列の固有方程式,固有値について復習しておく.
事後学修の内容 配布されたレジメに付属の演習問題を解いておく.
自由記述欄
第9回 概要 座標不変量(2)最大せん断応力
授業時間内の学習内容 講義形式:板書
講義内容:
最大せん断応力を導出する.
キーワード(Key Word(s)) 最大せん断応力(maximum shear stress),主応力(principal stress)
事前学修の内容 第7回の講義内容を復習しておく.ベクトル計算を「工業数学Ⅰ」などのノートをもとに復習しておく.
事後学修の内容 配布されたレジメに付属の演習問題を解いておく.
自由記述欄
第10回 概要 座標不変量(3)不変量
授業時間内の学習内容 講義形式:板書
講義内容:
不変量と偏差応力,偏差ひずみ,偏差応力の不変量について述べる.
キーワード(Key Word(s)) 不変量(Invariant),偏差応力(deviatoric stress),偏差ひずみ(deviatoric strain)
事前学修の内容 第7回の内容を復習しておく.特に固有方程式について理解しておく.
事後学修の内容 配布されたレジメに付属の演習問題を解いておく.
自由記述欄
第11回 概要 座標不変量(4)弾性ひずみエネルギー
授業時間内の学習内容 講義形式:板書
講義内容:
偏差応力,偏差ひずみ,一般化されたフックの法則をもとに,弾性ひずみエネルギーを計算し,意味について述べる.
キーワード(Key Word(s)) 弾性ひずみエネルギー(elastic strain energy),フックの法則(Hook’s law),偏差応力(deviatoric stress),偏差ひずみ(deviatoric strain)
事前学修の内容 第6回,第9回の内容を十分に復習しておく.
「材料力学及び演習」で学んだ弾性ひずみエネルギーを復習しておく.
事後学修の内容 配布されたレジメに付属の演習問題を解いておく.
講義で展開された数式について復習するとともに,「材料力学及び演習」で学んだ弾性ひずみエネルギーとの関係を理解しておく.
自由記述欄
第12回 概要 降伏関数(1)
授業時間内の学習内容 講義形式:板書
講義内容:
降伏関数の考え方と主応力説,最大せん断応力説について述べる.
キーワード(Key Word(s)) 降伏関数(yield function),主応力説(principal stress criterion),最大せん断応力説(maximum shear stress criterion),トレスカ(H. Tresca)
事前学修の内容 第7回~第9回の内容を十分に復習しておく.
事後学修の内容 配布されたレジメに付属の演習問題を解いておく.
自由記述欄
第13回 概要 降伏関数(2)
授業時間内の学習内容 講義形式:板書
講義内容:
せん断エネルギー説にもとづく降伏関数について述べる.
また,主応力説,最大せん断応力説,せん断エネルギー説にもとづく降伏関数の使い方について述べる.
キーワード(Key Word(s)) 降伏関数(yield function),せん断エネルギー説(shear strain energy criterion),ミーゼス(R. von Mises),不変量(Invariant),単軸引張(uni-axial tension),単軸圧縮(uni-axial compression),単純ねじり(simple torsion),複合負荷(combined loading, multi-axial loading),相当応力(equivalent stress)
事前学修の内容 第10回と第11回の内容について復習しておく.
事後学修の内容 配布されたレジメに付属の演習問題を解いておく.
自由記述欄
第14回 概要 降伏関数(3)
授業時間内の学習内容 講義形式:板書
講義内容:
降伏関数の幾何学的表記として降伏曲面について述べる.
また相当応力について述べる.
キーワード(Key Word(s)) 降伏関数(yield function),降伏曲面(yield surface),相当応力(equivalent stress)
事前学修の内容 第10回~第12回の内容について復習しておく.
事後学修の内容 配布されたレジメに付属の演習問題を解いておく.
自由記述欄
第15回 概要 機能性材料の降伏・破壊に関する実験的研究
授業時間内の学習内容 講義形式:スライド
講義内容:
機械構造用材料として利用が期待されている機能性新素材や,特異な降伏・破損を示す素材について実験的に調査してきた内容を紹介する.
キーワード(Key Word(s)) バルク金属ガラス(bulk metaric glass),形状記憶合金(shape memory alloy),マグネシウム合金(magnesium alloy),樹脂材料(resin, plastic)
事前学修の内容
事後学修の内容
自由記述欄
第16回 概要 定期試験
授業時間内の学習内容
キーワード(Key Word(s))
事前学修の内容
事後学修の内容
自由記述欄
ナンバリングコード(試行) EN-PROC-3

※最初の2文字は開講主体、続く4文字は分野、最後の数字は開講レベルを表します。 ナンバリングコード一覧表はこちら


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