| 科目名 |
材料強度・設計 |
| 担当教員 |
楠川 量啓 |
| 対象学年 |
3年 |
クラス |
学部：専門001 |
| 講義室 |
Ａ１１３ |
開講学期 |
１学期 |
| 曜日・時限 |
月２,木２ |
単位区分 |
選択 |
| 授業形態 |
一般講義 |
単位数 |
2 |
| 準備事項 |
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| 備考 |
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| 授業の詳細1 |
授業の目的
機械・構造物の開発，設計においては，使用する材料の各種特性を十分に把握しておくことが必要である．この授業科目では，
固体材料の機械的性質について，原子スケール程度の微視的観点から学び，巨視的な力学的，物理的挙動との関係を理解するこ
とを目的とする．また，代表的ないくつかの材料個々の特徴を知識として有し，合理的な材料の選択や使用ができる技術者とし
ての素養を身につける．
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| 授業の詳細2 |
キーワード：結晶構造，結晶欠陥，強度，破壊，状態図，
原子構造と，物質における原子結合および結晶構造などを解説した後，金属材料の塑性変形，強化機構と格子欠陥との関係および
破壊現象を理解してもらう．次に材料の特性を改善する熱処理などの理解に必要な状態図，拡散に関する事柄を解説する．また，
工業材料として特に重要な材料について，その特徴を知ってもらう．以上の学習における理解の助けとして随時演習課題に取り組
んでもらう． |
| 授業の詳細3 |
達成目標
１．物質の微視的構造を理解する．（ミラー指数による結晶学的面，方位の表現など）
２．格子欠陥と金属材料の塑性変形，強化メカニズムとの関係および疲労破壊現象を理解する．
３．合金における基本的な平衡状態図を理解する．
４．代表的な機械材料の種類とその特徴を知る．
５．拡散，クリープなど高温環境下での材料の挙動を理解し，機械的性質との関連を知る．
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| 授業の詳細4 |
授業計画
１．科目概要説明
授業の目的，内容および成績評価方法などを説明する．その中で，人類と材料の関わりを概観し，現代の機械技術者にとって材料の知識が不可欠
であることを理解してもらう．
２．原子の構造，結合および金属の結晶構造
原子の構造と物質を構成する原子どうしの結合について復習する．また，結晶性材料における結晶系の種類，格子定数などについて説明し，金属
に見られる基本的結晶構造を解説する．
３．ミラー指数
結晶面および結晶方向を表現する指数について解説する．
４．格子欠陥
３次元的に規則正しく原子が配列する結晶は，実際は完全結晶ではなく，各種の欠陥を含んでいる．これら格子欠陥は材料の機械的性質と密接に
関連するものである．ここでは格子欠陥の種類などについて解説する．
５．〜６．材料の強さと微視的塑性変形
材料の強度ならびに破壊について，微視的な原子や格子欠陥との関連について解説する．また，材料を強化する方法とそのメカニズムについて説
明する．
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| 授業の詳細5 |
７．疲労破壊
繰返し荷重によりき裂が発生，伝ぱすることで最終破壊に至る疲労破壊の特徴とメカニズムについて解説する．機械・構造物を設計する際，
これら疲労挙動を考慮に入れることも多い．その時用いられる疲労強度設計における基本的考え方についても概説する．
８．中間のまとめ（習熟度確認）
達成目標の項目１および２についての習熟度を確認する．
９．平衡状態図
実際の機械・構造物に使用される材料の大部分は，合金化された多相金属である．これら合金の組織と組成，温度との関係を示す平衡状態図
について説明し，その見かた，使い方を知ってもらう．
10．拡散
物質内で原子が移動する拡散現象は固体中でも現れ，金属やセラミックスの各種プロセスにおいて重要な役割を果たす．また，高温での材料
の変形などにも密接に関連する．拡散現象を定量的に扱うフィックの法則を中心にそのメカニズムと定量的計算方法について解説する．
11．〜12．クリープ，熱処理
一般に高温では材料の強度が低下し軟化する．特に金属材料では，温度による組織変化が機械的性質に大きな影響を与える．ここでは高温環
境下で静荷重の下変形が進行するクリープ現象と，熱処理によって材料組織制御する方法について説明する．
13．金属材料と日本工業規格
機械材料として最も多く使用されている鉄鋼材料と，アルミニウム，銅，チタンを中心とした非鉄金属材料のいくつかについて，その特徴と
主な用途を説明する．また，最低限必要な材料のJIS記号を知識として習得してもらう．
14．その他の材料，設計と材料
高分子材料，無機材料，複合材料および機能材料について概略を説明する．さらに，これまでの学習内容を踏まえ，ものづくりと材料技術の
関わりを考えてもらう．
15．まとめ（習熟度確認）
達成目標の項目３〜５についての習熟度を確認する．
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| 授業の詳細6 |
成績評価
課題・レポートの過半数を提出し，2回の習熟度確認における問題を解答した学生に対し以下の基準で成績を評価する。
（正当な理由なしに習熟度確認を行わなかった受講生に対して，補講は行わない．）
◆AA：課題・レポートともに非常に優れた内容でかつ，以下の評価Aに示した基準を満たした上，材料の各種挙動をモデル化
した理論を理解しこれの定量的取り扱いができる．
◆Ａ：各種材料の特徴を十分に理解している．また，欠陥と材料強度の関係，組織変化と材料特性など微視的観点からの材料
の特性を理解している．以下の評価Ｂに示した基準を満たしている．
◆Ｂ：基本的な材料の特徴を把握している．平衡状態図から，その材料に関する情報を得ることができる．以下の評価Ｃに示
した基準を満たしている．
◆Ｃ：ミラー指数が使える．基本的材料のJIS記号や各種破壊の特徴など材料に関する基礎知識を習得している．
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| 授業の詳細7 |
◇テキスト
『JSMEテキストシリーズ 機械材料学』 日本機械学会（丸善，2008）
ISBN 978-4-88898-169-9 C3353，￥1,886
◇参考書
『材料の強度と破壊の基礎』村上理一，金允海，楠川量啓 著（西日本法規出版，2005）
ISBN 4-86186-224-8 ，￥2,400
◇履修上の注意
関連する科目としては材料力学，現代化学の基礎などがある．
授業で行う演習において電卓を使用するので毎回持参のこと．
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| 授業の詳細8 |
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| 授業の詳細9 |
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| 授業の詳細10 |
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