開講年度
開講学部等
2025
大学院創成科学研究科（博士前期）
開講学期
曜日時限
授業形態
AL（アクティブ・ラーニング）ポイント
後期
月3～4
講義
1.5
時間割番号
科目名[英文名]
使用言語
単位数
3261110060
システム計算工学特論[Numerical Simulation for Mechanical Systems]
日本語
2
担当教員（責任）[ローマ字表記]
メディア授業
山口 皓平
ー
担当教員[ローマ字表記]
山口 皓平
特定科目区分
対象学生
対象年次
ディプロマ・ポリシーに関わる項目
カリキュラムマップ(授業科目とDPとの対応関係はこちらから閲覧できます)
メディア授業
×
メディア授業とは，メディアを利用して遠隔方式により実施する授業の授業時数が，総授業時数の半数を超える授業をいいます。
メディア授業により取得した単位は，卒業要件として修得すべき単位のうち60単位を超えないものとされています。
授業の目的と概要
数値シミュレーションの基礎を学び，応用の際の問題点・注意点を理解する．
授業の到達目標
知識・理解の観点：
誤差の種類とオーダーを理解する。
放物型、楕円型、双曲型編微分方程式の数値解法を理解する。
スキームの安定性について理解する。
授業計画
【全体】
講義において紹介される数値シミュレーションの技術を学び，実際に簡単なプログラミングを行うことで内容の理解を深める．また，Moodleシステムを通じて提示されるレポート課題に取り組むことで，理解度の向上と知識及び技術の定着を図る．
レポート課題が課された翌週の講義（休講の場合は次の回）において，課題の解答指針を説明する．
レポート課題は教員が採点し，内容が不十分なものについては再提出の機会を与える．
項目
内容
授業時間外学習
備考
第1回
導入，数値シミュレーションの役割と誤差が与える影響
数値シミュレーションの役割や実際の使われ方を学ぶ．打ち切り誤差，丸め誤差を理解する．PC上にシミュレーション環境の構築を行う．
予習・復習(学修時間の目安：４時間以上)
第2回
常微分方程式解法(1)
３次元ベクトル解析とオイラー法，修正オイラー法及びその精度について学ぶ．
予習・復習(学修時間の目安：４時間以上)
第3回
常微分方程式解法(2)
ルンゲ・クッタ法を理解し，剛体の３次元運動解析への利用方法を学ぶ
予習・復習(学修時間の目安：４時間以上)
第4回
常微分方程式解法(3)
３次元座標変換について学ぶ．Hamilton系の数値積分法についても紹介する．
予習・復習(学修時間の目安：４時間以上)
第5回
放物型偏微分方程式解法(1)
陽解法と陰解法の違いを理解する．
予習・復習(学修時間の目安：４時間以上)
第6回
放物型偏微分方程式解法(2)
スキームの安定性と拡散数による陽解法の安定性判定を理解する．
予習・復習(学修時間の目安：４時間以上)
第7回
編微分方程式の種類と判別法
２独立変数偏微分方程式の判別法について理解する．
予習・復習(学修時間の目安：４時間以上)
第8回
双曲型偏微分方程式解法(1)
波動方程式の解法について理解する．
予習・復習(学修時間の目安：４時間以上)
第9回
双曲型偏微分方程式解法(2)
移流方程式の解法とクーラン数について理解する（Maxwell方程式の例も紹介する）．
予習・復習(学修時間の目安：４時間以上)
第10回
楕円型偏微分方程式解法(1)
直接解法について理解する．
予習・復習(学修時間の目安：４時間以上)
第11回
楕円型偏微分方程式解法(2)
間接解法について理解する．
予習・復習(学修時間の目安：４時間以上)
第12回
楕円型偏微分方程式解法(3)
共役勾配法（CG法），共役残差法（CR法）について理解する．
予習・復習(学修時間の目安：４時間以上)
第13回
連立方程式の高速解法(1)
プレコンディショナー付きCG，CR法について理解する．
予習・復習(学修時間の目安：４時間以上)
第14回
連立方程式の高速解法(2)
２次元ポテンシャル流れのFEM解析法について理解する．
予習・復習(学修時間の目安：４時間以上)
第15回
まとめ
これまでの内容を振り返る形で復習する．また，質疑の時間を設ける．
特になし
第16回
総括
期末試験の総評
Moodleの掲示に注意すること
※AL（アクティブ・ラーニング）欄に関する注
・授業全体で、AL（アクティブ・ラーニング）が占める時間の割合を、それぞれの項目ごとに示しています。
・A〜Dのアルファベットは、以下の学修形態を指しています。
【A：グループワーク】、【B：ディスカッション・ディベート】、【C：フィールドワーク（実験・実習、演習を含む）】、【D：プレゼンテーション】
A: --% B: 10% C: --% D: 5%
成績評価法
ほぼ毎回出題する宿題（レポート）と期末試験の成績で評価する．
レポート70%，期末試験30%
教科書にかかわる情報
備考
参考書にかかわる情報
参考書
書名
ドローン工学入門―モデリングから制御まで
ISBN
9784339032307
著者名
野波 健蔵
出版社
コロナ社
出版年
2020
参考書
書名
線形代数と数値解析
ISBN
9784254116250
著者名
河村哲也
出版社
朝倉
出版年
参考書
書名
3D-CGプログラマーのためのクォータニオン入門
ISBN
9784777522224
著者名
金谷一朗
出版社
I/O books
出版年
2004
参考書
書名
3D-CGプログラマーのための実践クォータニオン
ISBN
9784777510313
著者名
金谷一朗
出版社
I/O books
出版年
2004
参考書
書名
Pythonで学ぶ流体力学の数値計算法
ISBN
9784274224706
著者名
藤井孝蔵
出版社
オーム社
出版年
2020
備考
メッセージ
本講義においては数値シミュレーションの実習を行うので，各自PCを持参の上参加してください．
キーワード
数値シミュレーション，プログラミング，C言語，Fortran，Matlab，Python，Julia，Octave
持続可能な開発目標（SDGs）
(エネルギー)すべての人々の、安価かつ信頼できる持続可能な近代的エネルギーへのアクセスを確保する。
(インフラ、産業化、イノベーション)強靱（レジリエント）なインフラ構築、包摂的かつ持続可能な産業化の促進及びイノベーションの推進を図る。
関連科目
履修条件
プログラミング経験があることが望ましい（必須ではない）
連絡先
機械システム制御工学研究室 山口皓平（機械社建棟5階），k-yamaguchi@yamaguchi-u.ac.jp
オフィスアワー
毎週水曜13:00以降．
上記以外も柔軟に対応を検討するので，希望者はメールにてコンタクトを取ること．
メールには，質問したい内容を明確に書くこと．
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