先進圧材料システムの電気破壊・変形挙動解明

1999 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 11450040
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: 進藤 裕英 東北大学, 大学院・工学研究科, 教授 (90111252)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 成田 史生 東北大学, 大学院・工学研究科, 助手 (10312604) ; 堀口 勝三 東北大学, 大学院・工学研究科, 助手 (30219224)
• Keywords: 弾性論 / 電気破壊力学 / 数理解析 / 材料試験 / 圧電セラミックス / 電気弾性相互干渉 / 知的・電子材料システム / 電子・電気機械デバイス

Research Abstract

本研究は、知的・電子材料システムの設計・開発及び信頼性・安全性評価に資することを目的に、先進圧電材料システムの破壊・変形挙動に及ぼす電場・波動場・温度場の影響解明に関する理論的・実験的研究を行ったものである。得られた成果を要約すると以下の通りである。
1.電気弾性解析
1.1機械的負荷を受ける圧電材料システムの電気弾性解析を行い、知的・電子材料システムを例に一部興味ある結果を得ている。
1.2(a)圧電繊維複合材料の面外せん断波(SH波)散乱問題を理論解析し、複合材料中を伝播する有効平面SH波の位相速度・振幅減衰の円振動数依存性に及ぼす電場、界面すべりの影響を解明した。
(b)円形圧電介在物を有する圧電体のSH波散乱解析を電場の影響を考慮して行い、介在物近傍の電気弾性場及び動的応力・電場集中の円振動数依存性を解明した。
1.3(a)き裂を有する圧電セラミックスの電気弾性解析を行い、応力拡大係数及びエネルギー解放率に及ぼす圧電特性及び電場の影響を解明した。
(b)圧電セラミックスの疲労き裂成長速度に及ぼす電気弾性相互干渉の影響を解明した。
2.数値シュミレーション
き裂を有する圧電材料システムの有限要素解析を行い、エネルギー解放率、応力拡大係数に及ぼす電場の影響を解明して、実験結果に理論的検討を加えた。
3.電気破壊・変形実験
3.1 圧電材料システムの電場印加による温度上昇計測及び機械試験に着手し、一部興味有る結果を得ている。
3.2(a)圧電セラミックスの圧子圧入・予き裂導入破壊試験を実施し、破壊・変形特性に及ぼす電場の影響を解明した。
(b)圧電材料システムの予き裂導入破壊及び疲労破壊試験に関しては、試験治具を製作し、一部実験を開始した。

Research Products

• [Publications] Y.Shindo: "Electroelastic analysis of a piezoelectric ceramic strip with a central crack"International Journal of Engineering Science. 38-1. 1-19 (2000)
• [Publications] Y.Shindo: "Scattering of Antiplane Shear Waves in a Piezoelectric Fibrous Composite Medium with Slip at Interfaces"J. Intell. Material Systems and Structures. (in press).
• [Publications] 森林宏和: "面外圧電理論による円形介在物の動的解析"第11回「電磁力関連のダイナミックス」シンポジウム講演論文集. 322-325 (1999)
• [Publications] 成田史生: "引張りによる圧電セラミックス帯板の疲労き裂伝播"日本機械学会東北支部米沢地方講演会講演論文集. 991-2. 31-32 (1999)
• [Publications] 進藤裕英: "有限要素法および圧子圧入試験による圧電セラミックスの電気破壊特性評価"日本機械学会平成11年度材料力学部門講演会講演論文集. 99-16. 495-496 (1999)
• [Publications] 村上平八朗: "予き裂導入破壊試験法による圧電セラミックスの電気破壊特性評価"日本機械学会東北支部第35期総会・講演会講演論文集. (印刷中).