「はりの曲げ」における内部応力をインタラクティブに学習する教材の開発

　材料力学は工学初心者にとって理解が容易な分野であるとは言い難い。例えば，中学校技術科教員を目指す学生で，片持ちはりに力を加えた場合にどのような内部応力が発生するのか正しく理解しているものは少ない。本研究では，仮想空間に呈示された片持ちはりに対して，学習者が三次元力覚呈示装置を介して接触し，自ら力を加えて変形させたときの内部応力分布を視覚的に確認できる教材を開発した。内部応力の算出には有限要素法の弾性二次元解析を用いた。自然な力覚呈示には1ms以下の周期が必要とされるが，有限要素法は要素数（節点数）とともに計算時間が増加する。本研究では要素数（節点数）と計算時間の関係を明らかにした上で，力覚呈示の条件を満たす仕様を決定した。結果として十分な分解能を持つ分割要素を組み込んだ教材においても，要求される計算速度を達成できることが確認された。