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授業の目標
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未来の社会を支える機械システム、機械とハイテクの融合による高度な機械システムはもちろんのこと一般的な汎用製品においても、開発では3次元CADを中核としたCAD/CAEを用いて技術課題解決および具体的な形状決定が行われている。本授業では、CAD/CAEを用いた製品設計プロセスの中で重要度が増している解析の仕方（解析対象のモデル化、解析手順）、解析結果の信頼性検証、設計への活用法を習得する。
なお、本授業を受講することによって計算力学技術者（初級）（日本機械学会計算力学技術者認定事業）として認定される。
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到達目標
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・汎用のCAEソフトウェアでの線形解析で必要な解析条件を理解する
・CAE解析で得られた解析結果の信頼性について確認検証ができる
・CAE解析において解析条件が持つ影響を理解する
・安全性を考慮した疲労設計基準を決定でき、その基準を基にCAE解析結果を検証できる
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身につく能力
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＜全学ディプロマ・ポリシー＞
○(1)各研究科・専攻の専門分野に応じた高度な専門知識
○(2)各研究科・専攻の専門分野に応じた研究開発能力
(3)高い水準の幅広い教養と倫理観
(4)高度な専門知識・研究開発能力・倫理観・幅広い教養を統合し、問題を発見し解決する能力
(5)高度な専門知識・研究開発能力・倫理観・幅広い教養を統合し、グローカルな視野をもって社会的・経済的価値を創出する力
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授業の概要
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本授業では、（１）解析の基礎となっている支配方程式の物理的解釈、性質など、（２）設計開発におけるＣＡＤ／ＣＡＥの流れを体得するためのＣＡＤ／ＣＡＥ一環解析からなる。これらを通し、ＣＡＥ解析の基礎となっている基礎方程式の理解、解析のためのモデル化、メッシュ作成法、境界条件の与え方、さらにはどのように結果を設計開発にフィードバックすべきか、その手法を学ぶ。
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授業の計画
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本授業では、Solidworksによる3次元モデリング、ANSYS Workbenchを用いた構造解析と解析結果の検証、および設計への反映について、解析課題の実施とそのプレゼンテーションを通して理解を深める。ソフトウェアの操作を含む講義の一部はオンデマンドで実施する。
１週目 授業概要
２週目 疲労とＳ－Ｎ線図
３週目 破壊確率と設計用Ｓ－Ｎ線図
４週目 有限要素法の基礎：弾性体の支配方程式
５週目 有限要素法の基礎：弾性論から有限要素法
６週目 コンロッドを対象としたCAE１
コンロッドの役割の理解と加わる荷重の検討，および形状のモデリング
７週目 コンロッドを対象としたCAE２（オンデマンド）
有限要素法のソフトウェアの起動・実行・停止、メッシュ生成、境界条件設定、解析の実行、の解析結果の検証、簡易解法結果との比較、解析結果の解釈（設計用Ｓ－Ｎ線図を用いた結果の検討）
８週目 コンロッドを対象としたCAE３（課題の実施）
荷重条件、境界条件変更による解析結果の変化の確認
９週目 コンロッドを対象としたCAE４
解析結果の評価（解の信頼性の確認）
１０週目 コンロッドを対象としたCAE５（課題の実施）
メッシュ，形状変更による解析結果の変化，および解の信頼性の確認
１１週目 回転軸を対象としたCAE１（オンデマンド）
回転軸のモデル化，ローカルメッシュ，および解の信頼性の確認
１２週目 回転軸を対象としたCAE２（課題の実施）
ローカルメッシュ条件による解析結果への影響，解析時間への影響の確認
１３週目 構造最適化のためのCAE１
トポロジー最適化の手法，最適化を利用した構造設計の手順
１４週目 構造最適化のためのCAE２（課題の実施）
トポロジー最適化を用いた構造の検討
１５週目 構造最適化のためのCAE３
構造評価および，構造検討結果のプレゼンテーション
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授業時間外学修の指示
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授業内で使用するソフトウェアについては、授業後に操作手順やその意味、設定している条件の意味を確認する。与えられた課題に対し図書館や他の手段で調査し、不明な点は自ら勉強し明らかにする。
また、以下の内容で課題を課す。
２週目 Sn-3.5Ag、Sn-0.7Cu、Sn-8Zn-3BiのS-Ｎ線図
３週目 Sn-0.7Cuの非破壊確率90％の設計用S-N線図
５週目 2要素有限要素モデルの単純引張問題
７週目 荷重条件、境界条件変更による解析結果の変化の確認（プレゼンテーション動画を作成）
９週目 メッシュ、形状変更による解析結果の変化、および解の信頼性の確認（プレゼンテーション動画を作成）
１１週目 ローカルメッシュ条件による解析結果への影響，解析時間への影響の確認（チーム課題でプレゼンテーション動画を作成）
１３週目 トポロジー最適化を用いた構造の検討（チーム課題）
１４週目 構造検討結果のプレゼンテーションに使用する3Dプリント造形物の作製
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成績評価の方法
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提出物75％、プレゼンテーション25％により評価する。
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テキスト・参考書等
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履修上の留意点
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Excel、PowerPoint、3次元CADを授業で使用するので、使い方を復習する。
【manabaの利用法】
講義資料はコースコンテンツに公開するので、必要に応じて印刷して準備する。
ソフトウェアの使い方等は、コースコンテンツに動画を公開する。
課題は、小テスト、レポートおよびプロジェクトから提出する。
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資料
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備考
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