2019 Fiscal Year Annual Research Report
超高圧縮応力を内包した金属基圧電複合材料の機能発現メカニズム解明
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17H03141
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| Research Institution | Chiba University |
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Principal Investigator |
浅沼 博 千葉大学, 大学院工学研究院, 教授 (40167888)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
成田 史生 東北大学, 工学研究科, 教授 (10312604)
佐藤 宏司 国立研究開発法人産業技術総合研究所, エレクトロニクス・製造領域, 主任研究員 (70344166)
柳迫 徹郎 工学院大学, 工学部, 助教 (80784628)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 知的材料 / 圧電複合材料 / 圧縮残留応力 / 金属基複合材料 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
金属コア圧電ファイバ／アルミニウム複合材料は，複合化時に生じる高い残留圧縮応力下でも圧電性を発現する類の無い圧電複合材料であるが，応力状態やこの応力下での機能発現に関して不明な点が多い．本課題では，その圧縮応力場の解析とその応力による機械的特性向上の効果評価のため調査を行い，下記の知見を得た．
１）有限要素解析による残留圧縮応力状態の推定を行った．先行研究では，残留応力は複合化された圧電ファイバを取り除き，その際に生じるマトリックスの変化から計測を行っていたが，圧電ファイバを取り除く必要があるため圧電ファイバ界面に生じる応力は計測できたものの，圧電ファイバ内部に生じる応力状態を知ることはできなかった．この応力状態を有限要素法により推定した．解析結果における界面の応力が実測値とほぼ同値となったことから解析による圧電ファイバ内部の応力状態が有用であることが確認された．加えて，ペレット形状の圧電材料に圧縮力を加えた状態で特性を評価することで，複合化された状態における圧電材料の機能発現メカニズム解明につながるデータを得ることができた．
２）機械的特性向上効果の評価を行った．前年度は，単純形状の圧電セラミックスをアルミニウムに複合化したモデル材を三点曲げにより強度向上の評価を行ったが，本年度は，試験数を増加させること，および圧縮応力による圧電セラミックスのき裂閉口効果の評価を行った．その結果，ワイブルプロットにおいて高強度側と低強度側でワイブル係数が異なることが確認された．それは，複合材料の変形挙動を見ることにより，高強度側ではマトリックスの降伏点を超えてからセラミックスの破壊が生じたことによると判明した．このことから，ワイブル係数の変化に降伏点のばらつきが影響していることが示唆された．さらに，破壊靭性値からき裂閉口効果を検証し，残留応力によりき裂閉口し強度が向上していることが分かった．
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| Research Progress Status |
令和元年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和元年度が最終年度であるため、記入しない。
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