工学シミュレーション

本講義では、2年後期・3年前期で体系的に学んできた力学、制御工学、設計論が、実社会におけるものづくりにおいて、シミュレーション技術としてどのように実装・利用されているかを3部構成で学ぶ。第1部でシミュレーションの基礎を学び、第2部と第3部で具体的な対象に対する力学・制御シミュレーションとそれに基づく評価・設計を取り扱う。

第1部：数値シミュレーションの基礎 プログラミングの初歩から始め、数値シミュレーションによって現象をモデル化するアプローチについて理解を深める。具体的には、モデル化誤差と計算誤差の違い、および常微分方程式や偏微分方程式を数値的に扱うための基礎理論を習得する。これらは、後半で扱う構造解析の理論的背景を理解するための基盤となる。演習にはMatlabを利用する。

第2部：モデルベース開発（MBD）の実践 自動車や船舶の模型（Vehicle）を題材とした「Vehicle Dynamics System」のモデリング・シミュレーションおよび検証を通じ、モデルベース開発（MBD）手法を学ぶ。ツールにはMatlab/Simulinkを使用する。 実務における数値シミュレーションの活用方法、システムの要件定義、構造・振る舞いの設計、MiLs/HiLs、V&V（検証と妥当性確認）など、システムデザインに関する一連の概念を実践的に習得する。

第3部：有限要素法による構造解析 材料力学・構造力学分野を対象とした有限要素法（FEM）による数値解析の基礎を、実例を交えて概説する。構造解析を中心とするが、汎用的な定式化の概念から解説を行う。また、実務で使用される汎用解析ソフトウェアを用いた演習も実施する。