材料力学Ⅰ / Mechanics of Materials I

単位数: 2. 担当教員: 成田 史生. 開講年度: 2024. 科目ナンバリング: TME-MSE215J. 開講言語: 日本語.

主要授業科目/Essential Subjects

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授業の目的・概要及び達成方法等

Google Classroomのクラスコードは工学部Webページにて確認すること。
学部シラバス・時間割(https://www.eng.tohoku.ac.jp/edu/syllabus-ug.html)


１．目的
機械・構造物の設計を合理的に行うため，部材が外力の作用を受ける場合の強さ・剛性・安定性に関する固体系力学の基礎的事項を学習する。

２．概要
　部材に生じる応力・変形解析，部材の寸法・形状決定に関する応用能力を養成し，複雑な問題の解析方法を習得する。基本的な部分は教科書を用い，演習を併用する。また，機械・構造物を設計する際の基礎となるものである。

３．達成目標等
この授業では，主に以下のような能力を修得することを目標とする。
・本学科の学習・教育目標のA，B，C，D，Kに関する能力を含めて修得する。
・機械・構造物を構成している材料，すなわち部材の破壊に対する抵抗（強度），変形に対する抵抗（剛性），安定性に関する問題を理解し，説明することができる。
・外力を受ける部材の変形，内部に生じる力，それらの相互関係を理解し，説明することができる。
・機械・構造物が十分な機能を発揮し安全に長期にわたり使用できるかどうか等について，「材料力学」的判断を示すことができる。

授業の目的・概要及び達成方法等(Ｅ）

The class code for Google Classroom can be found on the Web site of
the School of Engineering:
https://www.eng.tohoku.ac.jp/edu/syllabus-ug.html (JP Only)

1. Aim
In order to perform rational design of machines and structures, students study the fundamentals of solid mechanics such as strength, stiffness, and stability of members when subjected to external force.

2. Outline
To cultivate the ability to apply the concepts including: analysis of stress and deformation occurring in members, and determination of shapes and dimensions of members. Students will also master the method for analyzing complex mechanics of materials problems. Textbook will be used for the basics, and exercises will also be used as well. This will be the foundation when designing machines and structures.

3. Scope
This lecture is intended to give students the mastery over the following skills:
・Acquire the skills including A, B, C, D, K of learning/educational goals of the department.
・The ability to understand and explain problems in stability, resistance against deformation (stiffness), and resistance against fracture (strength) of members, which are the materials composing machines and structures.
・The ability to understand and explain the mutual relationship between deformation of members subjected to external force and force that forms on the inside.
・The ability to make decisions based on the “mechanics of materials” regarding the optimal performance of machines/structures, and whether they can be used safely for a long period of time.

他の授業科目との関連及び履修上の注意

本科目は，第５セメスターに行われる材料力学ＩＩおよび材料破壊力学の基礎となるので，十分留意して勉学することが望まれる。

他の授業科目との関連及び履修上の注意(Ｅ）

This will be the foundation for "Mechanics of Materials II" and "Fundamentals of Fracture Mechanics " which will be taught in the fifth semester. Therefore, students are expected to pay close attention in their studies.

授業計画

1.　序論 （力とモーメント，応力とひずみ）
2.　序論 （応力とひずみの関係，応力－ひずみ線図，安全率と応力集中）
3.　「棒」の引張・圧縮 （引張と圧縮の静定問題，引張と圧縮の不静定問題）
4.　「棒」の引張・圧縮 （熱応力と残留応力）
5.　「はり」の曲げ（支持条件と反力・荷重，せん断力と曲げモーメント）
6.　 同上
7.　「はり」の曲げ（はりに生じる応力）
8. 「はり」の曲げ（はりのたわみ）
9. 同上
10. 「はり」の曲げ（はりの複雑な問題）
11.　「軸」のねじり （丸棒のねじり）
12.　「軸」のねじり （ねじりの静定問題，ねじりの不静定問題）
13.　組合せ応力 （傾斜断面の応力, 平面応力）
14.　同上、まとめ

授業計画(Ｅ）

1. Introduction (force and moment, stress and strain)
2. Introduction (stress-strain relationship, stress-strain diagram, safety factor and stress concentration)
3. Tension and compression of "bars" (statically determinate tension and compression problems, statically indeterminate tension and compression problems)
4. Tension and compression of "bars" (thermal stress and residual stress)
5. Bending of "beams" (support condition and reaction/load, shear force and bending moment)
6. Same as the above
7. Bending of "beams" (stress in beams)
8. Bending of "beams" (deflection of beams)
9. Same as the above
10. Bending of "beams" (complex beam problems)
11. Torsion of "shafts" (torsion of circular shafts)
12. Torsion of "shafts" (statically determinate torsion problems, statically indeterminate torsion problems)
13. Biaxial stress (stresses on an inclined plane, plane stress)
14. Same as the above & Summary

授業時間外学習

演習問題を各自行うこと．

授業時間外学習（Ｅ）

Do homework (practice exercises) on your own.

成績評価方法及び基準

出席状況，宿題（数回）及び試験の成績等に基づく総合評価

成績評価方法及び基準(Ｅ）

Evaluation will be based on classroom participation; written assignments; and a final examination.

教科書および参考書

• 楽しく学ぶ材料力学, 成田史生、森本卓也、村澤剛共著, 朝倉書店 (2017年) ISBN/ISSN: 9784254231441

関連ＵＲＬ

材料科学総合学科学習教育到達目標
https://www.material.tohoku.ac.jp/department/purpose.html

材料科学総合学科カリキュラム
http://www.material.tohoku.ac.jp/ugrad/curriculum.html

オフィスアワー

随時（時前に教員に連絡をとること）

オフィスアワー（Ｅ）

Anytime (contact the professor in advance).

備考

記号A-Mについては、マテリアル・開発系の教育目標を参照してください。
https://www.material.tohoku.ac.jp/department/purpose.html

実務・実践的授業/Practicalbusiness※○は、実務・実践的授業であることを示す。/Note:"○"Indicatesthe practicalbusiness

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