形状記憶複合材料システムの電磁・熱・機械連成ダイナミックス

1995 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 06650274
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: 高木 敏行 東北大学, 流体科学研究所, 助教授 (20197065)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 円山 重直 東北大学, 流体科学研究所, 助教授 (80173962) ; 古屋 泰文 東北大学, 工学部, 助手 (20133051) ; 裘 進浩 東北大学, 流体科学研究所, 助手 (60241585) ; 谷 順二 東北大学, 流体科学研究所, 教授 (30006192)
• Keywords: 形状記憶合金 / 複合材料 / インテリジェント / 電磁誘導 / 連成 / 応力 / ダイナミックス / 変態

Research Abstract

1.本研究では、形状記憶複合材料を超伝導機器のような莫大な電磁エネルギーを有する電磁機器の構造体として用いることを想定し、電磁機器において異常時に発生する電磁エネルギーを用いて、あるいは積極的に電磁場を負荷することで、構造材料中に熱や応力を生じさせ、変態を誘起させるメカニズムを解明することを目的として研究を遂行した。すなわち、電磁場下での形状記憶複合材料の動的特性の変化、特に特性や剛性の変化を新しい電磁・熱・機械現象の連成問題としてとらえて定量的に現象を評価するものである。
2.板状SMAの特性評価を目的として、引長試験、加熱試験および振動試験を行い、以下の結果を得た。
1)構成関係方程式により、板状Ti-51at%NiのM変態および逆変態を記述できる。
2)板状SMAにおいては、非接触の電磁誘導加熱が可能である。
3)電磁誘導加熱によって、板状SMAの固有振動数を変化させることができる。
3.板状TiNi合金の双方向形状記憶効果を利用した流動制御を目的とし、板状SMAの形状測定および流動制御の実験を行った。
1)板状SMAのR相変態により、変形量の大きい双方向形状記憶効果を得た。
2)板状SMAによる流動制御が可能であることが確認された。
4.温度変化により固有振動数を変化させることのできるSMAを用いた複合材料を作製した。SMAを用いた複合材の温度-固有振動数特性を評価するために振動試験を行った。
1)電流を増加することで温度を変化させ、固有振動数を増加させることができる。
2)温度が上昇したときに母材の剛性が減少するが、SMAの変態により剛性の低下する度合いを小さくすることができる。

Research Products

• [Publications] A. N. Vasil'ev, T. Takagi, J. Tani: "Superplasticity of an Adaptive Material Ni_2MnGa at Low Temperature" Proc. 5th International Conf. Adaptive Structures. 579-583 (1994)
• [Publications] A. N. Vasil'ev, T. Takagi, J. Tani, M. Matsumoto: "Alternative Applications of Ferromagnetic Shape Memory Material Ni_2MnGa" Proc. Intern. Symp. Microsystems, Intell. Mater. Robots. 423-426 (1995)
• [Publications] T. Takagi, J. Tani, S. Suzuki, M. Matsumoto: "Electro-Magneto-Thermo-Mechanical Properties of a SMA Plate and its Adaptive Thermo-Flow Control" Proc. Intern. Symp. Microsystems, Intell. Mater. Robots. 451-454 (1995)
• [Publications] 高木敏行、鈴木俊次、谷順二、松本實、山内清、渡辺努: "形状制御を目的としたSMAの電磁・熱・機械的特性の評価" 日本機械学会材料力学部門講演会講演論文集. B. 65-66 (1995)