2014 Fiscal Year Annual Research Report
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23501018
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| Research Institution | Okayama University |
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Principal Investigator |
入江 隆 岡山大学, 教育学研究科(研究院), 教授 (70253325)
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| Project Period (FY) |
2011-04-28 – 2015-03-31
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| Keywords | マルチメディア教材 / 力覚 / 構造力学 / 材料力学 / はり / 内部応力 / 粘弾性モデル |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では，3次元力覚呈示装置を利用することにより，材料力学の基礎（力学パラメータと形状がどのような意味を持っているのか，内部応力がどのように発生しているのか）を視覚的，触覚的に理解できる工学初心者向けマルチメディア学習教材の開発を行った。
１．粘弾性材料の力学特性を表現するフォークトモデル，マクスウェルモデルなど，各力学モデルモデルの特性の違いを学習する教材を開発した。ディスプレイ内に仮想粘弾性力学モデルを呈示し，力覚呈示装置を用いて触る（押し込む）ことにより粘弾性特性を体感できる。体感できる粘弾性モデルは7種類であり，構成要素となるバネとダッシュポットのパラメータも変更可能である。これまで粘弾性力学モデルを学習する研究者や学生は数式とモデルの変位応力特性グラフなどから，その力学的感覚を想像するのみであった。本教材による体験は，粘弾性力学モデルの理解を深める効果がある。
２．「はりの曲げ強さ」を学習する教材を開発した。力覚呈示装置を用いて仮想空間に創造された片持ちはりと単純はりに直接触ることができ，力を加えると「はり理論」に基づく曲げ変形が生ずるとともに反力をリアルタイムで体感できる。本教材は利用のための知識が必要なく，直感的な操作によりで「はり理論」を学ぶことができ，例えば，中学生にとっても十分に利用可能であろう。
３．材料の内部応力を学習する教材を開発した。3次元力覚呈示装置を用いて仮想材料に触れ，学習者自身が力を加え，その時の変形と内部応力の分布を視覚的に確認できる。本教材においては，リアルタイム（1秒間に1000回以上）で有限要素法の演算を行う必要があるが，一般的なPCでも2次元解析であれば動作可能であることを明らかにした。内部応力は目に見えないために初心者にとっては理解が難しい内容である。本教材の利用は，材料力学学習の初期段階において特に有効である。
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