機械構造設計のための材料力学と「力の流れ」

機械構造物を設計・製作するに当たっては、「壊れない」ものを作ることが基本となります。そのために不可欠な学問が、材料力学です。 　材料力学は「止まっている」ものを扱う学問であり、一言で言えば「力のつり合い」の学問です。この「力のつり合い」を考えるには、まず「力」を図示できなければなりません。そこで本セミナーでは、材料力学の前提となる「力学」の要点から解説を始めます。 　次に、棒の引張・圧縮・剪断、はりの曲げといった基礎を説明したうえで、これらの知識を実際の構造設計にどのように活かすかという観点から、材料力学と構造設計をつなぐ「力の流れ」について解説します。 　「力の流れ」を理解することで、荷重が構造のどこを通って伝わり、どの部分が力を担っているのかを捉え、なぜ応力や変形が生じるのかを力学的に考えられるようになります。 　さらに、いくつかの有限要素解析結果を「力の流れ」の観点から読み解き、解析結果を構造設計の改善へつなげる考え方や、構造物を高剛性化する手法を学んでいただきます。最後に、剛性を高めるための具体的なリブ配置について紹介します。

1. 「材料力学」に必要となる「力学」の要点
   1. 止まっているものの学問 = 力のつり合いの学問
   2. 「力」が描けること
   3. 「剛性」と「力の担い方」
   4. 「単位」が重要
2. 材料力学の基礎 (荷重、応力、ひずみ、変形など)
   1. 棒の引張・圧縮・剪断
   2. はりの曲げ
   3. 棒の引張による変形とはりの曲げによる変形の比較
3. 機械構造設計の基礎
   1. 力の流れを表す主応力線
   2. 力の流れの特性を表す「標語」
   3. 構造適正化のための力の流れの「標語」
   4. 力の流れの「標語」の適用例
4. 有限要素解析結果と「力の流れ」による解釈
   1. 片持ばりに作用する各方向の荷重と変形
   2. 片持ばりの変形を抑える「突っ張り棒」と軸力
   3. 門型ラーメン構造物における「斜材」の役割
   4. はりの断面形状と変形
   5. 中央で曲げられた板構造物の形状と変形
   6. 自重を考慮したときの板構造物の形状と変形
   7. 曲げ板構造物の形状と変形 (複数荷重が作用する場合)
5. リブ構造設計
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