計算材料学

Computational materials

専門教育科目

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工学部

3年

HETBK3MCA1

2単位

講義 (Lecture)

2024年度前期

乾 徳夫

工学研究科（材料・放射光）

日本語

目標7／目標9

金曜・６４０４室

inui@eng.u-hyogo.ac.jp

3◎／4〇

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目標１:磨き続ける力

材料に関する問題の多くは解析的に解くことが困難で数値計算が必要である．本講義の目的は．第一に材料力学，熱力学，流体力学の分野の基礎方程式を解くため数値解析法を説明できるようことである．第二に材料の諸問題にたいして計算アルゴリズムを考案し，Pythonによるプログラミングにより材料の諸特性を解析できることである．

サブタイトル：Pythonを用いた数値解析
キーワード：数値解析，Python，データサイエンス

材料の解析に必要な数値解析の基礎とPythonを用いたプログラミングについて講義する．

授業計画

1. 数値解析の基礎（数値誤差）, プログラム言語pythonの基礎
2. 方程式の根
3. 関数のあてはめ（最小２乗法，非線形フィッティング）
4. Python演習（最小２乗法，ラグランジュ補間）
5. 数値積分
6. Python演習（台形公式，シンプソン法）
7. 常微分方程式，偏微分方程式
8. Python演習（ニュートンの運動方程式，拡散方程式）
9. 中間試験
10. モンテカルロシミュレーション
11. Python演習（アニーリング法による最適化問題）
12. 分子動力学
13. Python演習（連成振動）
14. データサイエンス
15. （k-means法）

講義とpythonを用いた演習を交互に行うため，上記の項目をまとめて講義する場合がある．また，理解度に応じて、内容や順番を変える場合がある．
演習にはパソコンを用います．

生成系AIの利用については教員の指示に従うこと。
生成系AIによる出力結果をそのまま課題レポートとして提出してはいけない。
生成系AIによる出力をそのまま提出したことが判明した場合は単位を認定しない、
又は認定を取り消すことがある。​​​​

適時資料を配布する．

「数値計算」，高橋大輔，岩波書店
「コンピュータシミュレーション」，上田　顕著，朝倉書店

【予習】配布する補助教材を読み，不明な点は講義中に質問できるように準備（2時間15回，30ｈ）
【復習】計算を含むレポート作成（4時間5回、20ｈ）
【試験前準備】中間，期末試験の学習（5時間2回、10ｈ）

各自のアイデアでプログラム作成し，問題を解決する．

【成績評価の基準】
数値解析の基礎を理解して，Pythonにプログラミングにより講義で扱った材料の問題を解析できる者に対して，その理解度に基づきS（90点以上）, Ａ（80点以上）, B（70点以上）, C（60点以上）による成績評価のうえ，単位を付与する．

【⽅法】
中間試験30％、期末試験30％，レポート40％を基準として，受講態度（積極的な質問等）を含めて総合的に評価する．

課題に関しては，解答を示し説明を行う．

C言語およびPythonによるプログラミングを行う．
パソコンを利用するのでパスワードについて確認しておくこと．

該当しない

パソコンのログインパスワードが必要．

本科目は，高等学校教諭一種 免許状の数学，科目区分コンピュータに区分される．