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シラバス基本情報

開講年度 2008 年度
授業科目名称 機械力学及び演習
よみがな きかいりきがくおよびえんしゅう
英語表記 Dynamics of Machinery and Exercises
対象学生・科目区分 工学部機械工学科・専門教育・・2年次
開講学期・単位数等 後期・学科必修・2.5単位
開放科目 開放する
担当教員 講義 水谷 一樹(工学部機械工学科非常勤講師),演習 加藤 光広(工学部機械工学科)

授業内容・授業計画

授業形態 講義,演習
キーワード・テーマ JABEE基本キーワード: 運動の法則、自由振動、強制振動
JABEE個別キーワード: 質点の力学、剛体の力学、減衰系、振動解析法、振動絶縁
学科キーワード: 振動の分解と合成、1自由度振動系、振動数方程式、特性方程式
授業の目的・概要 機械本来の性能を十分発揮する機械設計を行うためには、材料の静的な強度だけではなく、機械や機械部品の動力学的挙動に関する知識が重要になる。この授業では、機械の動力学的挙動の中で最も重要な問題である振動現象に着目して基礎的な事項を学ぶ。授業では数式が多く出てくるが、実際の現象との関係をできるだけ多く例示することにより理解し易いように配慮する。
学習内容の理解を深めるために、演習の時間を設ける。受講生諸君は、出題された問題について集中的かつ系統的に考え、内容を十分理解したうえで解答する習慣を身につけると共に、講義と演習の時間を有効に使い、機械装置の振動問題の基本的な解析についての理解を深め、応用力を養ってほしい。
学生の到達目標 本講義で到達できるレベルは、例えばFE試験のDYNAMICS分野のForce, Mass & Acceleration、Vibrations、選択問題のDynamic Systemsの問題が解けるレベルである。
本学教育目標との関連 三重大学の教育目標に挙げられている4つの力に対するウェイト: 「感じる力」= 30%、「考える力」= 50%、「生きる力」= 20%
受講要件 2年次前期までの「入門物理学演習」、「数学科目」、「力学Ⅰ」及び「力学2および演習」を履修済みであること(単位は未取得でもよい)。
予め履修が望ましい科目 この授業の基礎については各回の「必要な基礎知識」に示してある。主な基礎知識は、「力学Ⅰ」のニュートンの第2法則、高校で習った三角関数、「工業数学Ⅲ」で学ぶ常微分方程式、「工業数学Ⅱ及び演習」の複素数などである。特に、「工業数学Ⅲ」の教科書の常微分方程式の例題の多くは振動に関するもので、本授業は常微分方程式の解法の復習にもなっている。
発展科目 この授業の発展・応用としては「振動工学」、「制御工学及び演習」などがあり、「振動工学」はこの授業の応用編である。
教科書、参考書 教科書: 機械振動学 ―動的問題解決の基礎知識―(佐藤・岡部・岩田共著、工業調査会)、DRILL for Mechanical Engineering Volume 1(三重大学工学部機械工学科編、三重大学出版会)
参考書: 振動工学(基礎編)(安田仁彦、コロナ社)、工業基礎振動学(斎藤秀雄、養賢堂)、わかりやすい機械力学(小寺忠・新谷真功、森北出版)、2年次前期の科目「工業数学Ⅲ」の教科書及び参考書
成績評価方法と基準 出席は必要条件であり、8割以上出席した者が成績評価の対象になる。
評価は、演習解答及び宿題レポート(30点)、期末試験(70点)の総計100点で行い、総計点数/10を四捨五入して最終成績とし、最終成績6以上を合格とする。
オフィスアワー 水谷は非常勤のため、各授業時間終了後に教室で対応する。授業時以外での質問は電子メールで対応する。E-mail: mizutani@ss.mach.mie-u.ac.jp
加藤光広は、前、後期共に木曜日9:00から12:00に機械棟3階加藤教員室にて対応する。質問は電子メールでも受け付ける。E-mail: kato@ss.mach.mie-u.ac.jp。
授業改善への工夫
予習、復習の参考のために、このシラバスに毎回の授業の内容だけではなくその日の授業で必要な基礎知識を示している。さらに、学生が主体的に授業に参加できる方法を年度毎に改善を加えながら実施している。その一部として、科学技術振興事業団が提供している自習用Web学習システムの中で機械力学関連のサイトを紹介して、授業時間以外にも自習ができるようにしている。さらに、試験成績不良の学生には数十題の問題を解かせて、レポートとして提出させている。
授業計画・学習の内容と課題
学習内容 学習課題(予習・復習)
第1回 機械と振動、振動の分類、調和振動、調和振動のベクトル表示と複素関数表示
第2回 調和振動の合成、運動方程式の導き方
第3回 「1自由度の自由振動」に入る。1自由度不減衰系の振動(往復振動系)
第4回 1自由度不減衰系の振動のつづき(ねじり系の振動、物理振子)
第5回 1自由度不減衰系の振動のつづき(水平振子、倒立振子)、1自由度減衰系の振動(減衰の種類、往復振動系)
第6回 1自由度減衰系の振動のつづき(粘性減衰系の運動)
第7回 1自由度減衰系の振動のつづき(クーロン摩擦による減衰系の運動)
第8回 「1自由度の強制振動」に入る。1自由度不減衰系の強制振動
第9回 1自由度粘性減衰系の強制振動
第10回 不釣合い外力による強制振動、変位による強制振動
第11回 変位による強制振動(つづき)、振動伝達と防振
第12回 回転軸系の不釣合い振動、振動のフーリエ解析
第13回 「2自由度の振動」に入る。2自由度系自由振動の基礎
第14回 2自由度系強制振動の基礎
第15回 定期試験
必要な基礎知識を以下に示す。予習・復習の参考にすること。
第1回 三角関数の微分、ベクトルと複素関数の基礎
第2回 三角関数の和差の公式、フックの法則、慣性力
第3回 ニュートンの第2法則、常微分方程式の基礎的な解法
第4回 常微分方程式の基礎的な解法、エネルギ保存の法則、慣性モーメント
第5回 常微分方程式の基礎的な解法1自由度系
第6回 常微分方程式の基礎的な解法
第7回 常微分方程式の基礎的な解法
第8回 非同次常微分方程式の基礎的な解法
第9回 非同次常微分方程式の基礎的な解法、複素数の有理化
第10回 非同次常微分方程式の基礎的な解法
第11回 非同次常微分方程式の基礎的な解法
第12回 非同次常微分方程式の基礎的な解法、フーリエ級数、フーリエ積分
第13回 連立常微分方程式の解法、マトリクス、行列式
第14回 連立非同次常微分方程式の解法

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