材料力学と材料強度学

説明

大学あるいは高専の機械工学科には，4力と呼ばれる科目がある．4力とは，四つの力学科目である 「材料力学」, 「流体力学」, 「熱力学」 および 「機械力学」 を指す．この中の材料力学は，何らかの外力が作用している部材の強度，剛性，安定性を評価するための工学であり，必修科目となっていることが多い．このため，材料力学を学ぶために多くの優れた教科書が出版されている．このような状況にあって新たに本書を執筆した動機は，機械・構造物を開発・設計する際に実際上重要である「材料強度学」 と 「材料力学」 との関連を明確にする必要があると考えたからである．
「材料強度学」 は，その名のとおり機械・構造物を構成する部材の強度を重点的に取り扱う工学である．前述のように，材料力学でも強度を評価することが目的となっているが，材料力学で得られる応力や ひずみのみでは強度を十分に評価することはできず，材料強度学的な扱いが不可欠である．そこで，本書では，材料力学的な内容と材料強度学的な内容をそれらの基礎事項に絞って解説し，材料力学で得られた知見が材料強度学でどのように生かされるのかを系統的に述べることを試みた．
最近の大学入試の多様化により，機械工学科に入学する学生の中には高校で物理学，特に力学の内容を十分に理解していない学生のいることが，大学入学後の4力の履修に際して大きな問題となっている．そこで，本書では，まず材料力学の履修に必要な静力学の基礎を述べた後，材料力学の基礎部分である細長い棒状部材の引張・圧縮問題，丸軸の ねじり問題，静定はりの曲げ問題を取り扱う．次に，材料力学的考察に加え，材料強度学的手法を用いた強度評価の具体例を示す．引き続き，はりの複雑な問題として不静定はりの問題，安定性に関する柱の座屈問題を取り扱う．最後に，複雑な部材の応力解析に必要となる弾性力学の初歩的内容を解説する．
本書の著者3名は，いずれも大阪工業大学工学部機械工学科で材料の力学に関連した科目を担当している．各章の内容と本学機械工学科で開講されている科目名 (開講時期) の内容は，以下のように関連している．

第１章：序論 ————————- 材料・機械力学入門 (1 年前期)
第２章：静力学の基礎 —————– 材料・機械力学入門 (1 年前期)
第３章：応力とひずみ —————– 材料・機械力学入門 (1 年前期)
第４章：棒の引張りと圧縮 ————- 材料力学Ⅰ (1 年後期)
第５章：軸の ねじり ——————材料力学Ⅰ (1 年後期)
第６章：静定はりの曲げ ————— 材料力学Ⅱ (2 年前期)
第７章：材料強度学の基礎 ————- 材料強度学 (2 年後期)
第８章：不静定はりの曲げ ————- 材料力学Ⅲ (3 年前期)
第９章：柱の座屈 ——————— 材料力学Ⅲ (3 年前期)
第10章：弾性力学の基礎 ————— 材料力学Ⅲ (3 年前期)

本書は，授業中に解説される講義の理解を確実にするためのものであり，基本的な内容に限られている．従来の材料力学関連の教科書には，その理解を深めるために例題や演習問題などが含まれているが，本書では，著者らが授業で述べる内容を詳細に記述するにとどめた．より発展的な内容や高度な演習問題などは，巻末の参考文献を参照していただきたい．