2003 Fiscal Year Annual Research Report
先端圧電材料システムの分域回転・結晶粒再配向を考慮した電気破壊・メゾ力学
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13875021
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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 / 電気破壊力学 / メゾメカニックス / 有限要素解析 / 材料試験 / 圧電材料システム / 分域回転 / 知的・電子材料システム |
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| Research Abstract |
本研究は,先端圧電材料システムの電気破壊力学特性を,マイクロ構造及び分域・分極ならびに欠陥(き裂等)との相互作用を考慮して解明したものである.すなわち,知的・電子材料システム,マイクロシステム等の信頼性・耐久性評価に資することを目的に,電気破壊・メゾ力学的研究を実施し,以下の成果を得た.
1.き裂を有する圧電積層材料の電気弾性・有限要素解析を行い,エネルギー解放率等の破壊力学パラメータに及ぼす分域回転及び負荷電場の影響を明らかにした.
2.(1)圧電セラミックスを対象に,MSP(改良型小型パンチ)試験・有限要素解析を行い,破壊荷重・MSPエネルギー・最大ひずみエネルギー密度に及ぼす180°,90°分域回転及び負荷電場の影響を解明した.また,有限要素解析と実験から得られたMSPエネルギーを比較・検討し,MSP試験片の分域回転領域を示して考察を加えた.
(2)三層圧電積層片持ちはり(バイモルフ型アクチュエータ)の非線形曲げ試験・有限要素解析を行い,たわみに及ぼす分域回転及び負荷電場の影響を明らかにした.また,三層圧電アクチュエータを対象に,両端単純支持三点曲げ試験及び理論・有限要素解析を行い,変位・分域回転に及ぼす力学的・電気的負荷の影響を解明した.
(3)内部電極を有する圧電積層材料の電極端近傍応力・電束密度を理論的に解明した.また,内部・表面電極を有する多層圧電アクチュエータの電極端近傍における電気弾性場集中に及ぼす印加電圧・分域回転の影響及び非線形挙動を理論的・実験的に解明した.さらに,円形電極の場合についても同様に解明し,考察を加えた.
3.圧電セラミックスのDT(ダブルトーション)試験を行い,破壊荷重に及ぼす負荷電場の影響を解明した.また,DT試験の有限要素解析を行い,破壊力学パラメータに及ぼす分域回転及び負荷電場の影響を解明して,実験結果に理論的検討を加えた.
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[Publications] K.Hayashi: "Displacement and Polarization Switching Properties of Piezoelectric Laminated Actuators Under Bending"Journal of Applied Physics. 94・7. 4603-4607 (2003)
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[Publications] M.Yoshida: "Electroelastic Field Concentration by Circular Electrodes in Piezoelectric Ceramics"Smart Materials and Structures. 12. 972-978 (2003)
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[Publications] F.Narita: "Electroelastic Effect Induced by Electrode Embedded at the Interface of Two Piezoelectric Half-Planes"Mechanics of Materials. in press. (2004)
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[Publications] Y.Shindo: "Electroelastic Fields Concentrations Ahead of Electrodes in Multilayer Piezoelectric Actuators : Experiment and Finite Element Simulation"Journal of the Mechanics and Physics of Solids. in press. (2004)
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[Publications] Y.Magara: "Finite Element Analysis of Electric Fracture Properties in Modified Small Punch Testing of Piezoceramic Plates"Journal of Applied Physics. in press. (2004)
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[Publications] 成田史生: "集中荷重・電場による圧電積層アクチュエータの曲げ・分極回転"第16回「電磁力関連のダイナミクス」シンポジウム. (発表予定). (2004)
