2000 Fiscal Year Annual Research Report
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11450040
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
進藤 裕英 東北大学, 大学院・工学研究科, 教授 (90111252)
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| 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)
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| Keywords | 弾性論 / 電気破壊力学 / 数理解析 / 有限要素解析 / 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 |
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| 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。本年度は、昨年度の理論的・実験的検討結果を踏まえ、解析モデル及び試験法の妥当性を詳細に検討し、問題点をまとめ、新たな解析・実験を行った。得られた成果を要約すると以下の通りである。
1.(a)円形圧電介在物が弾性母材に接合されている圧電複合材料を対象に、界面き裂による面外せん断波散乱問題を理論解析し、散乱断面積・動的応力拡大係数・動的エネルギー解放率の円振動数依存性に及ぼす界面剥離・圧電特性の影響を解明した。
(b)き裂を有する圧電セラミックスを対象に、金属におけるき裂近傍の塑性降伏に対するDugdalモデル及びき裂成長に対する蓄積塑性変位クライテリオンに基づき、応力拡大係数の4乗に依存する疲労き裂成長方程式を導き、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.圧電セラミックスの予き裂導入破壊試験(前年度実施)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た。また、実験結果に理論的検討を加えた。
3.圧電積層材料の曲げ試験を行い、変形挙動に及ぼす電場の影響を明らかにした。また、曲げ試験の電気弾性解析・有限要素解析を行い、解析結果と実験結果を比較して理論の妥当性を検証した。
4.圧電セラミックスの改良型小型パンチ(MSP)試験を行い、破壊荷重に及ぼす分極方向電場の影響を解明した。また、実験結果に理論的検討を加えるため、MSP試験の有限要素解析に着手し、一部興味有る結果を得ている。
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[Publications] Y.Shindo: "Analytical and Experimental Evaluation of Single-Edge Precracked Beam Specimens of Piezoelectric Ceramics"Role of Mechanics for Development of Science and Technology. 863-872 (2000)
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[Publications] F.Narita: "Crack Growth Rate of a Piezoelectric Ceramic Strip Subjected to Mode I Loading"Theoretical and Applied Fracture Mechanics. (in press).
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[Publications] Y.Shindo: "Scattering of Antiplane Shear Waves by a Circular Piezoelectric Inctusion Embedded in a Piezoelectric Medium Subjected to a Steady-State Electrical Load"ZAMM. (in press).
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[Publications] Y.Shindo: "Single-Edge Precracked Beam Test and Electric Fracture Mechanics Analysis for Piezoelectric Ceramics"Proceedings of SPIE, Vol.4235. (in press).
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[Publications] 村上平八朗: "有限要素法および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靭性評価"第44回材料研究連合講演会講演論文集. 117-118 (2000)
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[Publications] 進藤裕英: "部分的に剥離した円形圧電介在物による面外せん断波散乱"第50回理論応用力学講演会講演論文集. 239-240 (2000)
