授業科目

機械力学
Applied Dynamics 

担当者

教授   山崎 徹
後 水1

単位

2

到達目標

 本講義の到達目標は、受講生が、多自由度振動系を対象とした振動の捉え方、動的設計の考え方について、①運動方程式を作成すること、②運動方程式の解を求めること、③運動と力の関係を理解すること、を通じて、(a)固有振動数および固有モードを求める能力、 (b)強制応答波形を想像しその周波数応答特性を語る能力、(c)動的設計のための相当力学系(モデル)を考える能力、を身につけられることである。
 また、工学部機械工学科のカリキュラム・ポリシーに従い,材料・熱・流体・振動・制御・設計・加工等の機械工学の根幹についての専攻科目を配置し、体系的知識や手法によって機械やシステムを解析し設計・製作する実践的能力を育成する。本講義では,「機械力学Ⅰ」に引き続き「振動」を学習すると共に,「設計」について身につけておくべき内容を体系的に学習するため,「機械力学Ⅰ」「工業力学II」を先に履修することが望ましい.

授業内容

 この講義では、配布資料(書き込み形式)や使用書などを用いて、機械力学I」で学んだ基礎知識を、多自由度系、無限自由度系(連続弾性体)へと発展させると共に、回転軸系やピストン・クランク機構の動的問題を題材に、工業力学や材料力学などで学んできたことをいかに実際問題に応用していくか、考えていく。
 また毎回の講義の最初の5分は前回の復習として、受講生が自身で,前回の配布資料に記載の事項について「前回に何を学んだかを一言でまとめること、自分としてのポイントは何であったか」を振り返える。

授業計画

 各回の講義および演習内容は、以下のように予定しているが、時間の関係で若干前後する場合もある.
 配布資料(書き込み形式)と使用書を読んだ上で出席していることを前提に講義するため,予習として,
①各回の該当頁を予め読んでくること,②分からない用語や数式展開のところに鉛筆で下線を引いてくる
こと,の2点が不可欠である.
 また,復習としては,予習②で下線を付した点について講義時に示した説明をもう一度自分で考え納得で
きるかを確認してみること,使用書の該当部分を再度読んでおくこと,を勧める.なお,毎回の講義の最初
の5分間で,各自で再度,配布資料中の前回分について復習をしてもらう.
 なお,予習・復習合わせて各回あたり約4時間の自己学習を想定しているが,予習については開講前の休
暇中などを利用して複数回分をまとめて行っても良い(早めに全体像がつかめるため,かえって効果的である).
 *()内は配布資料の章番号を表す.

1 ガイダンス/全体像と準備(第0章)
  まずシラバスの記載事項について確認する.そのうえで,機械力学IIで学ぶことをつかむ.また、設計に
  ついて考えてもらう. 

2 一自由度系の振動の復習(第1章)
  「機械力学Ⅰ」で学習した内容(一自由度系の運動方程式の作成,解法,固有振動数,周波数応答関数,
  共振)について,演習問題を通して復習・整理する。
  【予習:「機械力学Ⅰの配布資料」,使用書第1,2章】

3 多自由度系の振動~運動方程式の作成~(第2章)
  運動方程式(連立微分方程式)の作成を学び,演習問題を通じて理解を深める.
  【予習:使用書】

4 多自由度系の振動~固有振動数と固有モード~(第2章)
  運動方程式(連立微分方程式)を解くことにより,固有振動数および新しく学ぶ固有モードの算出法,
  固有モードとは何かを学ぶ.また演習問題を通じて,固有振動数・固有モードの算出を身につける.
  【予習:使用書】

5 多自由度系の振動~周波数応答関数・動吸振器~(第2章)
  多自由度系の強制振動に関する数学的記述,解法を学び,周波数応答関数を導出することを学ぶ.
  また周波数応答関数の考察より,低振動化のために用いられる動吸振器の着眼,使用例について
  学ぶ.
  【予習:使用書】

6 中間テストおよび解説・質疑応答
  ここまでの内容について中間テスト(50分)を実施し、終了後ただちにテスト内容についての解説を行い,
  併せて、質問を受け付けることにより,知識の整理と重要項目の確認を図る。

7 回転機械の力学~生じうる問題・対策を考える~(第3章)
  回転する機械に生じうる問題を想像し,その原因,対策について考える.その上で,回転する機械の相当力
  学系(モデル)の考え方を学ぶ.
  【予習:使用書】

8 回転機械の力学~動的設計手順~(第3章)
  回転する機械の相当力学系(モデル)に基づき,動的設計のために必要な動力学を考え,設計式を作成する
  手順を学ぶ.
  【予習:使用書】

9 往復機械の動力学~生じうる問題・対策を考える~(第4章)
  往復運動する機械の例としてエンジンを対象に,エンジンが動くときに生じうる問題を想像し,
  その原因,対策について考える.その上で,エンジンの動的設計の概要を学ぶ.
  【予習:使用書】


10 往復機械の動力学~ピストン・クランクの動力学~(第4章)
  エンジンの稼動部を構成するピストン,クランクの運動,それに伴い発生する力について
  学ぶ.
  【予習:使用書】

11 往復機械の動力学~コンロッドの動力学・つりあい設計~(第4章)
  エンジンの稼動部を構成するコンロッドの運動は複雑であるため,相当力学系(モデル)
  を考え,モデルに基づく動力学を考え,設計式を導出する手順を把握する.また,その上で
  エンジン振動を減らすためのつりあい設計について理解する.
  【予習:使用書】

12 無限自由度系(連続体)の振動~弦と棒の振動~(第5章)
  連続体である弦および棒の振動を例に,連続体をどのように捉え,運動方程式を作成し,
  それをどのように解いて,固有振動数・固有モードを算出するかを学ぶ.
  【予習:使用書】

13 無限自由度系(連続体)の振動~はりの曲げ振動~(第5章)
  はりの曲げ振動の運動方程式の作成,固有振動数・固有モードの算出法を学ぶ.
  【予習:使用書】

14 全体のまとめ・質疑応答
  本講義全体に係るまとめおよび質疑応答の時間を設ける.
  【予習:質問内容を整理しておく】

授業運営

 全て講義形式による.授業運営の詳細については初回授業時間中に改めて説明するが,書き込み式の配布資料と使用書を利用して講義を行う。配布資料(書き込み式)は以下のいずれかよりPDFファイルを各自でダウンロードし、印刷し、講義に持参してもらう。その配布資料と同じものをスクリーンに投影し、穴埋めをしながら講義を進める。
【配布資料の入手法】以下のいずれか.
  1)dotCampus
  2)機械力学研究室HP(http://www.mech.kanagawa-u.ac.jp/lab/yamazaki_lab/ylab_lecture.html)

 予習として,①各回の該当頁(授業計画に記載のカッコ内)を予め読んでくること,②分からない用語や数式展開のところに鉛筆で下線を引いてくること,の2点を前提として講義を進める.また毎回の講義の最初の5分間で,各自で再度,配布資料中の前回分について復習をしてもらう.

 講義中の飲食、無用な出入りは厳禁。講義中にスマートホンなどを触っている者は評価の対象としない。

評価方法

 第6回に実施予定の中間テスト30%,前学期末の定期試験期間に行う記述式試験70%のトータル100点満点で評価する.中間テストは採点・集計後に返却する.

オフィスアワー

 基本的に,火曜日の2時限,水曜日の2・3時限に,23号館502研究室(内線3751)もしくは510教授室(内線3758)へ.また,メール(toru@kanagawa-u.ac.jp)では随時受け付ける.なお,質問や指摘は講義後にもその場で受け付ける.

使用書

dotCampusの当該講義の第1回フォルダーにあるpdfファイルを各自ダウンロードし印刷したものを使用する(dotCampusの登録が遅れる場合には初回分は配布予定) 。

参考書

『参考書(JSMEハンドブック)』
※前期の機械力学で使用したもの

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