2002 Fiscal Year Annual Research Report
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14350048
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Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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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・開発及び寿命・構造健全性評価に資することを目的に、先端圧電材料システムの破壊・疲労特性に及ぼす電気弾性相互干渉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.(a)円板状き裂を有する圧電セラミックス円柱の軸対称電気弾性衝撃応答解析を行い、応力・電場の動的特異挙動を解明した。
(b)内部き裂を有する圧電積層材料の平面ひずみ問題を理論解析し、応力拡大係数・エネルギー解放率・エネルギー密度等の破壊力学パラメータに及ぼす電場・界面の影響を解明した。
2.(a)内部電極を有する圧電積層材料の電気弾性挙動を理論解析し、電極端近傍における応力・電束密度を解明した。
(b)表面・内部電極を有する積層圧電アクチュエータを対象に、印加電場を変化させて電極端近傍のひずみを計測した。また、三次元有限要素解析を行い、電極端近傍のひずみを求めて実験結果に理論的検討を加えた。
(c)円形電極を有する圧電円板に電圧を印加して電極端近傍のひずみを計測した。また、円形電極を有する圧電セラミックスの軸対称電気弾性解析と有限要素解析を行い、電極端近傍電気弾性場を求めて実験結果に理論的検討を加えた。
3.圧電セラミックスのダブルトーション(DT)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、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電場の影響を解明して、実験結果に理論的検討を加えた。
4.圧電板を金属板の上下両面に積層した三層圧電積層板を対象に、曲げ試験及び理論・有限要素解析を行い、たわみに及ぼす負荷電場の影響を解明した。また、層間剥離を有する圧電積層板の曲げ試験を行い、一部興味ある結果を得て考察を加えている。
5.圧電セラミックスのコンパクト(CT)試験片を用いた電気破壊靱性試験に関しては、試験片・試験治具を製作し、一部実験を行って興味ある結果を得ている。
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[Publications] Y.Shindo: "Evaluation of Electric Fracture Properties of Piezoelectric Ceramics Using the Finite Element and Single-Edge Precracked-Beam Methods"Journal of the American Ceramic Society. 85・5. 1243-1248 (2002)
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[Publications] Y.Shindo: "Antiplane Shear Wave Scattering from Two Curved Interface Cracks Between a Piezoelectric Fiber and an Elastic Matrix"Smart Materials and Structures. 11. 534-540 (2002)
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[Publications] F.Narita: "Electroelastic Fracture Mechanics of Piezoelectric Ceramic Strip"Theoretical and Applied Mechanics. 51. 23-34 (2002)
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[Publications] S.Lin: "Comparison of Energy Release Rate and Energy Density Criteria for Piezoelectric Layered Composite with a Crack Normal to Interface"Theoretical and Applied Fracture Mechanics. (in press). (2003)
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[Publications] S.Lin: "Electroelastic Analysis of a Piezoelectric Cylindrical Fiber with a Penny-Shaped Crack Embedded in a Matrix"International Journal of Solids and Structures. (in press). (2003)
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[Publications] F.Narita: "Electroelastic Analysis of Electrode at the Interface of Two Dissimilar Piezoelectric Materials"Proceedings of First World Congress on Biomimetics and Artifial Muscles. (in press). (2003)
