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水素貯蔵合金を利用したカプセル型マイクロアクチュエータの駆動特性評価

Research Project

Project/Area Number 15J00233
Research Category

Grant-in-Aid for JSPS Fellows

Allocation TypeSingle-year Grants
Section国内
Research Field Materials/Mechanics of materials
Research InstitutionYokohama National University

Principal Investigator

後藤 健太  横浜国立大学, 工学府, 特別研究員(DC2)

Project Period (FY) 2015-04-24 – 2017-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2016)
Budget Amount *help
¥1,900,000 (Direct Cost: ¥1,900,000)
Fiscal Year 2016: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000)
Fiscal Year 2015: ¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000)
Keywords水素貯蔵合金 / アクチュエータ / 有限要素解析 / 拡散
Outline of Annual Research Achievements

本年度は(1)水素貯蔵合金(HSA)円筒中の水素拡散挙動解析、(2)水素中でのPd粒子の変形挙動調査、及び(3)水素貯蔵合金を用いたカプセル型アクチュエータ(HSA-CMA)の変形挙動調査を行った。
(1)HSA円筒中の水素拡散挙動解析:水素吸収能を有するPd-19at%Ni合金円筒中での水素拡散挙動を模擬するため、化学熱力学に基づく拡散モデルを提案し、有限要素解析でその妥当性を示した。濃度変化に伴う水素の活量変化を考慮し、前年度に作成した拡散-構造連成解析の拡散係数Dに濃度依存性を持たせることで、実験により得られた挙動をより良く表現することに成功した。
(2)水素中でのPd粒子の変形挙動調査:水素吸収・放出に伴う水素貯蔵合金自体の変形機構を明らかにするため、水素中でのPd粒子の変形挙動を調査した。その結果、変形量の圧力依存性は水素吸収量の圧力依存性と一致し、変形量が水素吸収量に比例することが分かった。また、水素導入時には導入水素圧が高いほど変形速度も大きくなった。変形初期には表面状態や水素気体輸送に依存し、その後拡散律速へと遷移することが確かめられた。一方で、パラジウム粒子表面での平衡水素圧力と周囲の圧力との差が小さいために表面反応律速となることが示唆された。
(3)HSA-CMAの変形挙動調査:水素の移動論を基にしたHSA-CMAの変形モデルを提案した。本モデルを元に拡散-構造連成解析を行った。その結果、水素拡散に伴うアクチュエータの変形を表現することに成功し、水素貯蔵合金に生じる圧縮応力により合金中の水素濃度が大きく低下することが明らかとなった。また、圧力が増加するほど変形時間が短くなることを表現できた。このように、応力の影響を考慮した拡散-構造連成解析を行うことにより、カプセル型水素貯蔵合金アクチュエータの運動モデルの構築に成功した。

Research Progress Status

28年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

28年度が最終年度であるため、記入しない。

Report

(2 results)
  • 2016 Annual Research Report
  • 2015 Annual Research Report
  • Research Products

    (12 results)

All 2017 2016 2015

All Journal Article (1 results) (of which Peer Reviewed: 1 results,  Open Access: 1 results,  Acknowledgement Compliant: 1 results) Presentation (11 results) (of which Int'l Joint Research: 3 results)

  • [Journal Article] Effect of diffusion coefficient variation on interrelation between hydrogen diffusion and induced internal stress in hydrogen storage alloys2017

    • Author(s)
      Kenta Goto, Shingo Ozaki, Wataru Nakao
    • Journal Title

      Journal of Alloys and Compound

      Volume: 691 Pages: 705-712

    • DOI

      10.1016/j.jallcom.2016.08.288

    • Related Report
      2016 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
  • [Presentation] Deformation of hydrogen-storage-alloy actuator induced by hydrogen diffusion2017

    • Author(s)
      Kenta Goto
    • Organizer
      5th NU-NIMS Materials Genome Workshop
    • Place of Presentation
      Evanston, USA
    • Related Report
      2016 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Development of simulation technique of kinetic behavior for hydrogen storage alloy actuators2016

    • Author(s)
      Kenta Goto, Wataru Nakao
    • Organizer
      ASME 2016 Conference on Smart Materials, Adaptive Structures and Intelligent Systems
    • Place of Presentation
      Stowe, USA
    • Year and Date
      2016-09-28
    • Related Report
      2016 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Development of simulation technique of kinetic behavior for hydrogen storage alloy actuators2016

    • Author(s)
      Kenta Goto, Wataru Nakao
    • Organizer
      ASME 2016 Conference on Smart Materials, Adaptive Structures and Intelligent Systems
    • Place of Presentation
      Stowe Mountain Lodge (Stowe, USA)
    • Year and Date
      2016-09-28
    • Related Report
      2015 Annual Research Report
  • [Presentation] 水素貯蔵合金を用いた水素駆動アクチュエータ2016

    • Author(s)
      後藤健太、平田智之、中尾航
    • Organizer
      日本機械学会2016年度年次大会
    • Place of Presentation
      福岡
    • Year and Date
      2016-09-11
    • Related Report
      2016 Annual Research Report
  • [Presentation] 応力下での水素貯蔵合金アクチュエータの駆動速度変化2016

    • Author(s)
      後藤健太、尾崎伸吾、中尾航
    • Organizer
      日本機械学会2016年度年次大会
    • Place of Presentation
      福岡
    • Year and Date
      2016-09-11
    • Related Report
      2016 Annual Research Report
  • [Presentation] 水素貯蔵合金を用いた水素駆動アクチュエータ2016

    • Author(s)
      後藤健太、平田智之、中尾航
    • Organizer
      日本機械学会2016年度年次大会
    • Place of Presentation
      九州大学(福岡県福岡市)
    • Year and Date
      2016-09-11
    • Related Report
      2015 Annual Research Report
  • [Presentation] 応力下での水素貯蔵合金アクチュエータの駆動速度変化2016

    • Author(s)
      後藤健太、尾崎伸吾、中尾航
    • Organizer
      日本機械学会2016年度年次大会
    • Place of Presentation
      九州大学(福岡県福岡市)
    • Year and Date
      2016-09-11
    • Related Report
      2015 Annual Research Report
  • [Presentation] パラジウムを用いたカプセル型マイクロアクチュエータ2015

    • Author(s)
      後藤健太、中尾航
    • Organizer
      第25回日本MRS年次大会
    • Place of Presentation
      横浜市開港記念会館(神奈川県横浜市)
    • Year and Date
      2015-12-08
    • Related Report
      2015 Annual Research Report
  • [Presentation] 水素貯蔵合金粒子を用いたピストン型アクチュエータの変位2015

    • Author(s)
      平田智之、後藤健太、中尾航
    • Organizer
      第25回日本MRS年次大会
    • Place of Presentation
      横浜市開港記念会館(神奈川県横浜市)
    • Year and Date
      2015-12-08
    • Related Report
      2015 Annual Research Report
  • [Presentation] Deformation behavior of capsule-type micro actuator using palladium2015

    • Author(s)
      Kenta Goto, Takehiro Higuchi, Ohmi Fuchiwaki and Wataru Nakao
    • Organizer
      ASME 2015 Conference on Smart Materials, Adaptive Structures and Intelligent Systems
    • Place of Presentation
      Cheyenne Mountain Resort (Denver, USA)
    • Year and Date
      2015-09-21
    • Related Report
      2015 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Pdを用いた水素貯蔵合金アクチュエータの変形挙動2015

    • Author(s)
      後藤健太、樋口丈浩、渕脇大海、中尾航
    • Organizer
      日本機械学会2015年度年次大会
    • Place of Presentation
      北海道大学(北海道札幌市)
    • Year and Date
      2015-09-13
    • Related Report
      2015 Annual Research Report

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Published: 2015-11-26   Modified: 2024-03-26  

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