応用機械工学実験

【授業概要】
機械工学実験と同様に、機械工学科の基礎的科目（例えば、材料力学、流体力学、熱力学など）に現れる諸現象について実験を行い、自らの体験を通じて様々な物理現象を確認するとともに、データの処理方法、測定機器の原理や扱い方などを理解する。さらに、基本的な機械的な製作技術も学び、機械工学における材料、工具、工作機械などの意義を体得することを目的とする。
実験実習のテーマは、当該年次に年度毎に発表するので、初回のガイダンスには必ず出席しなければならない。2005年度の実施テーマ・担当者・実験概要は下記の通りである。

達成目標

1.	測定機器や計算機を使い機械工学の基礎的な実験をおこなうことができる．（主に評価方法と基準の（３）を評価）
2.	取得したデータを整理しグラフや表を用いて表現することができる．（主に（１）を評価）
3.	グラフや表から機械工学の諸現象に関しての物理現象を考察することができる．（主に（２）を評価）
4.	各分野の具体的な物理現象を，材料系，流体系，熱・エネルギー系，振動・制御系，設計加工系，医用生体系の知識をもとに考察し，それらの関連性を考慮しながら総合的な考察および説明をすることができる．（主に（２）を評価）
5.	実験レポートを作成することにより，論理的思考力や表現力を養い，適切な資料の作成や理論的な議論を行うことができる．（主に（１）, （２）を評価）

授業計画

	マッハ・ツェンダー干渉計を用いた温度場の可視化　山田純物理現象の把握には、対象となる現象の観察（物理量の測定）が不可欠である。その測定には、被測定対象に何らかのプローブを挿入して測る接触式（例えば、熱電対を用いた温度測定）と、対象に触れずに測る非接触式とがある。ここでは，レーザーを用いた代表的な温度場の測定（可視化）技術の原理と実際について学ぶ。
	衝撃波実験　角田和巳　航空機のように高速で運動する飛翔体まわりの流れ場や、ターボジェットエンジン内の流動現象では、気体の高速化に伴い衝撃波が発生する。本実験では、衝撃波によって引き起こされる急激な状態変化を観察することで、流体力学および熱力学の基本的な概念について確認する。
	振動実験　小谷邦夫 [到達目標]実際の現象に合った、理論を適用できる。１．一端を万力で固定した、細長い板の固有振動数と節の位置を共振現象を利用して求め、それらを片持ちばりの固有振動数およびモードと比較考察する。２．片持ちばりの先端に物体を取り付け、先端物体の質量や慣性モーメントが固有振動数に及ぼす影響を調べる。
	相変化を利用したエネルギ輸送　矢作裕司熱エネルギの有効利用は機械工学の重要な課題の一つである．熱エネルギを有効利用するためには，熱がどのように伝わるかを知ることが重要である．ここでは，相変化を利用した伝熱現象の特徴を基本的な実験を行って，実験的に熱の移動現象を学ぶ．
	二次元ポテンシャル流れの解析　工藤奨飛行機の翼の断面は，翼端部を除くとほぼ同一である．そこで，翼の断面を通る平面での流れは，これに垂直な翼幅方向にほとんど関係ないものと考えられる．このようにx-y平面の流れで，zに全く関係ない流れを二次元流れという．この実験では，二次元の渦の無い流れ（渦度が0）を考える．このような流れは基本的な流れで，二次元ポテンシャル流れと呼ばれる．本実験では，円柱を含むいくつかの物体周りの流れを計算することにより，ポテンシャル理論について理解することを目的とする．
	直流モータの特性の計測と制御　内村　裕　ハイブリッド自動車やロボットのような最先端の機械から，掃除機や洗濯機といった家電製品に至るまで，我々の身の回りでは数多くのモータが使われている．こうしたモータを使った機械システムに設計通りの動作を実現させるためには，モータの特性を考慮した制御系の実装が必要不可欠である本実験では，直流モータを制御対象として，モータの動作原理や，電磁気力および機械的な力を結びつける物理法則を学ぶ．また，モータの特性に関わる各種パラメータの同定を行うことで，制御対象の特性を明らかにする．さらに，フィードバック制御器のゲイン設計によって，システムの速応性や定常偏差を向上する過程を実験的に学ぶことを目的としている．

評価方法と基準

実験ノートと実験レポートを提出し，その理解度を評価する．各実験終了後，実験ノートに検印を受け，最後にノートは提出する．また，翌週の実験日に実験レポートを提出する．
到達目標１は各実験を通して学習し，実験ノートにより評価する．
到達目標２，３，４，５は実験レポートにより評価する．
総合評価は，実験テーマごとに，
（１）構想力・（構想）表現力：20点満点，
（２）総合応用力・創造力（問題解決力）：70点満点，
（３）計画性・継続力：10点満点
の計100点満点で採点し，全テーマの平均値が60点以上を合格とする．
（１）構想力・（構想）表現力は主に初回提出時の実験レポート，
（２）総合応用力・創造力（問題解決力）は最終提出時の実験レポート，
（３）計画性・継続力は実験ノート
をもとに評価する．

教科書・参考書

履修前の準備

学習・教育目標との対応

1.	(A)材料，流体，熱・エネルギー，振動・制御，設計・加工，応用領域の６分野を柱として専門基礎知識を活用できるとともに，それらを互いに関連づけてデザインの基本概念を理解することで，技術的・社会的要求の実現に向けた具体的なプロセスを発案し，計画を遂行することができる．
2.	(E)機械の運動機構や動特性，構造や強度，物質・運動量・エネルギーの流れなど，機械工学の基盤技術に関わる物理現象を，自然科学の法則に基づいて理解することができる．
3.	(F)機械に関わる諸現象を物理の原理から数学的に導くことができ，機械の設計や性能評価に必要な技術計算ならびに統計処理を正確に適用することができる．
4.	(H)機械を実現するために必要な工学特有の手法（計測，制御，設計，加工，プログラミングなど）に習熟し，それらを問題の状況に応じて適切に使うことができる．
5.	(I-1)学習・発表・討議のプロセスを通じて身に付けた論理的な思考とプレゼンテーションスキルにより，他人の考えを理解し，自らの考えや意見を伝達することができる．
6.	(J-1)インターネットを活用した自己学習や情報収集に習熟し，知的好奇心に基づいて自主的に学習を継続することができる．

開講部	工学部
開講学科	機械工学科
開講学年	3年次
開講時期	後期
単位数	2
単位区分	必修
系列区分	専門
講義区分	実験

教授	内村裕
講師	工藤奨
他

	マッハ・ツェンダー干渉計を用いた温度場の可視化　山田純物理現象の把握には、対象となる現象の観察（物理量の測定）が不可欠である。その測定には、被測定対象に何らかのプローブを挿入して測る接触式（例えば、熱電対を用いた温度測定）と、対象に触れずに測る非接触式とがある。ここでは，レーザーを用いた代表的な温度場の測定（可視化）技術の原理と実際について学ぶ。
	衝撃波実験　角田和巳　航空機のように高速で運動する飛翔体まわりの流れ場や、ターボジェットエンジン内の流動現象では、気体の高速化に伴い衝撃波が発生する。本実験では、衝撃波によって引き起こされる急激な状態変化を観察することで、流体力学および熱力学の基本的な概念について確認する。
	振動実験　小谷邦夫 [到達目標]実際の現象に合った、理論を適用できる。１．一端を万力で固定した、細長い板の固有振動数と節の位置を共振現象を利用して求め、それらを片持ちばりの固有振動数およびモードと比較考察する。２．片持ちばりの先端に物体を取り付け、先端物体の質量や慣性モーメントが固有振動数に及ぼす影響を調べる。
	相変化を利用したエネルギ輸送　矢作裕司熱エネルギの有効利用は機械工学の重要な課題の一つである．熱エネルギを有効利用するためには，熱がどのように伝わるかを知ることが重要である．ここでは，相変化を利用した伝熱現象の特徴を基本的な実験を行って，実験的に熱の移動現象を学ぶ．
	二次元ポテンシャル流れの解析　工藤奨飛行機の翼の断面は，翼端部を除くとほぼ同一である．そこで，翼の断面を通る平面での流れは，これに垂直な翼幅方向にほとんど関係ないものと考えられる．このようにx-y平面の流れで，zに全く関係ない流れを二次元流れという．この実験では，二次元の渦の無い流れ（渦度が0）を考える．このような流れは基本的な流れで，二次元ポテンシャル流れと呼ばれる．本実験では，円柱を含むいくつかの物体周りの流れを計算することにより，ポテンシャル理論について理解することを目的とする．
	直流モータの特性の計測と制御　内村　裕　ハイブリッド自動車やロボットのような最先端の機械から，掃除機や洗濯機といった家電製品に至るまで，我々の身の回りでは数多くのモータが使われている．こうしたモータを使った機械システムに設計通りの動作を実現させるためには，モータの特性を考慮した制御系の実装が必要不可欠である本実験では，直流モータを制御対象として，モータの動作原理や，電磁気力および機械的な力を結びつける物理法則を学ぶ．また，モータの特性に関わる各種パラメータの同定を行うことで，制御対象の特性を明らかにする．さらに，フィードバック制御器のゲイン設計によって，システムの速応性や定常偏差を向上する過程を実験的に学ぶことを目的としている．

A0522100

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