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現在位置: ホーム ja シラバス(2020年度) 工学研究科 応用力学分野 応用力学

応用力学

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科目ナンバリング
  • G-ENG50 6G047 LJ71
開講年度・開講期 2020・前期
単位数 2 単位
授業形態 講義
配当学年 修士1回生
対象学生 大学院生
使用言語 日本語
曜時限 水4
教員
  • 中西 弘明(工学研究科 講師)
  • 富田 直秀(工学研究科 教授)
  • 中部 主敬(工学研究科 教授)
  • 松原 厚(工学研究科 教授)
  • 松野 文俊(工学研究科 教授)
  • 大和田 拓(工学研究科 准教授)
  • 北條 正樹(工学研究科 教授)
授業の概要・目的 工学とは自然法則の生産活動への適用であり,科学とは自然法則の解明であり,機械工学は力学をベースにした生産手段の開発であるといえる.機械工学の基礎は4力学(材料力学,熱力学,流体力学,機械力学)と機械を動かすための制御,システムおよび機械の設計である.現在,それぞれの領域が細分化され,それぞれが別々に研究されているように見える.しかし,それらは力学をベースにしたものであり,つきつめれば同じ原理につきあたる.そこで,本講義においては,力学が応用されて4力学などとなり,さらにそれがどのように実際のもの作りに応用されているかを説明する.
到達目標 力学を正しく理解し、生産活動に応用できる人材を育成する。
授業計画と内容 概論
機械力学,2回
エネルギー,運動量保存則と力学の関係を論じ,機械工学の基礎となっている機械力学について概説する.各種機械装置のメカニズムを力の吊り合いとエネルギー保存則より解説する.具体例として振動をとりあげ,自励振動,ダンパ,動吸振器,ジャイロモーメントによる制振,コリオリの力を利用した制振などについてその原理と応用例を概説する.

流体力学,2回
流体は一つの力学系であり,質量,運動量およびエネルギーの保存則に従って振舞う.ここでは,流体の定義から始め,質量,運動量およびエネルギーの保存則から基礎方程式を導く.さらに,完全流体,粘性流体,圧縮性流体の振舞いの特徴を概説する.

材料力学,2回
固体力学入門:微小変形弾性問題の基礎方程式をテンソル表示を用いて説明するととも,有限要素法の導出に必要な微小変形弾性問題の変分原理について解説する.さらに,この変分原理をもとに応力解析の数値解析手法として広く用いられている有限要素法の導出過程を概説する.

熱力学,2回
「熱」に関する力学系では「力」,「エネルギー」を表すための,質量,長さ,時間という3つの基本的な物理量に加えて,温度というもう1つの基本物理量を導入し,物質の状態を記述する.これら4つの物理量を用いて,質量,運動量およびエネルギーの保存式ならびに熱量変化の経験的方向に則ったエネルギー変換過程を取り扱う学問が熱力学および伝熱学である.本講では熱平衡状態を保ちながら準静的に変化する系を対象とする熱力学,「熱」が時間的,空間的に移動する系を対象とする伝熱学,そのそれぞれの考え方とその機械技術への応用展開について講述する.

ロボット,2回
ロボット工学において、ロボットの運動を解析し制御するために力学は必須である。本講義ではロボット工学の基礎となる運動学・動力学について解説する。また、ロボットシステムの物理的本質を捕らえた力学的に自然な制御としてダイナミクスベースト制御について紹介する。

システム制御工学,2回
機械工学においてアナリシス(解析)だけでなく,シンセシス(総合・統合)も重要である.シンセシスは要求された機能,性能を満足する実体を求める作業であり,数学的には最適性の原理に従えば実行できるように思われる.しかし,機械工学におけるシンセシスには力学の原理が重要であり,力学原理を無視して制御や設計を行うことはできない.本講義では機械工学におけるシンセシスの基礎とその力学原理との関連を概説し,力学モデルと類似した原理・原則が応用されている最適化手法を利用した設計法,Schulerの振り子の力学特性を利用した移動体ナビゲーション,エネルギーと密接な関係のある受動性などについて紹介する.

生体力学,2回
人体の動きを計測すると、各要素には非効率な過程が含まれているにもかかわらず、全体では高い効率性と機能性を発揮している。これは、腱、靱帯、骨、軟骨等の生体荷重支持組織の内部摩擦や相対滑り摩擦係数の低さと、自己組織的に構築される構造に起因している。この構造と構成機構の維持は人工関節などの人工材料開発や再生医療の実用化にとってもきわめて重要である。講義では、動物の力学的挙動の説明と、その構造・機構、医工学や再生医療への応用例などを紹介する。

全般,1回
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成績評価の方法・観点 レポートと試験
履修要件 特になし
授業外学習(予習・復習)等 授業中に指示する。