機械設計に必要な材料力学の基礎と強度設計への応用

機械系の設計業務では材料力学による設計計算を行い、実験前に必要十分な材料選定、形状強度設計をしたうえで試作に入るのが理想です。実験を通じて強度を確認したものの、設計的な根拠がないまま世に製品としてリリースするのは、品質保証の視点では万全とは言えません。設計に従事しているが、なぜか「材料力学が苦手だ」という人がいらっしゃいます。私の経験上、彼らが材料力学を苦手とする理由は、材力教科書を読んでも「式変形ばかりでついていけない」「なんでそうなるのかイメージがつかめない」など、学習する興味をなくしてしまうからではないかと思います。 　本講では、材料力学の理解に必要となる「高校物理の力学の基本的な事項」を少しおさらいし、材料力学の解説へと進めていきます。公式の羅列や記憶ではなく、数式や現象の意味をみつめ、本質を理解しながら進めることで、自然と会得していただくのをねらいとします。物理学科出身の機械技術士であり、企業エンジニアである講師が、基本原理と考え方をお伝えし、簡単な演習をすることで、材料力学の根本からの習得と、ご自身での設計適用が可能になることが期待されます。

• はじめに

1. 基礎力学
   1. 質点系の力学
      1. 運動の3法則
      2. 変位、速度、加速度
      3. 運動量と力積
      4. 極座標と円運動
   2. 剛体の力学
      1. 力のモーメントと角運動量
      2. 慣性モーメント
      3. 剛体の運動と重心
      4. 剛体の運動方程式
      5. 剛体の運動エネルギー
   3. 単振動
2. 材料力学
   1. 荷重と応力
      1. 荷重と応力
      2. 応力とひずみ
         • 応力とひずみの定義
         • 応力ーひずみ線図
         • 熱応力、熱ひずみ
   2. はりの曲げ
      1. はりの種類と荷重
      2. はりの剪断力と曲げモーメント
      3. はりの曲げ応力
      4. はりのたわみの式
         • スナップフィットの設計事例
      5. 棒のねじり
      6. 圧力容器
   3. 組合せ応力
      1. 応力の基本型
      2. 平面応力
      3. 主応力と主剪断応力
      4. モールの応力円と使い方
   4. 強度設計の実践ポイント
      1. 材料破壊
      2. 応力集中
      3. 疲労強度
         1. 疲労破壊事故事例と解説
         2. 疲労破壊のメカニズム、SN曲線
         3. 疲労限度線図の求め方
            • くり返し応力がオフセットしている場合
      4. クリープ破壊
      5. 許容応力と安全率の検討
         1. 安全率の検討項目