| Research Abstract |
近年,航空宇宙分野をはじめ,自動車,土木,建築,医療などの広範な産業分野において,PZT素子や光ファイバーなどを用いたSHM(構造ヘルスモニタリング)システムが注目されている.特に,PZT素子を用いたSHMシステムでは,ラム波と呼ばれる弾性波を利用することによって,構造材料に生じた損傷を効率的にモニタリングできることが知られており,国内外の多くの研究機関で基礎研究が進められている.しかし,これまでの研究を通じて,一般的なPZT素子では長期使用時の圧電特性の劣化が無視できず,このことが損傷検出精度に重大な影響を及ぼすことが明らかになっている.そこで,本研究では,長期にわたって安定した圧電特性を維持できる耐久性に優れたPZT素子および素子の劣化を補完し被測定物の損傷を正確に同定できる信頼性に優れたSHMシステムを開発することを試みている.平成18年度は,主として,(1)PZT素子の圧電特性劣化メカニズムの解明,(2)感度変化の少ないPZT素子の開発に重点をおいて研究活動を行った.(1)に関しては,CCDマイクロスコープを用いて,外力によるPZT素子の微視的損傷挙動をその場観察し,PZT素子と電極との間に発生する剥離損傷とPZT素子内部に発生する微小き裂が,PZT素子の感度変化の主要因であることを明らかにした.(2)に関しては,FEMによる数値解析を用いて,外力を受けた際のPZT素子内部の応力状態を詳細に解析し,熱残留応力を利用したサンドイッチ型の新構造を採用することによって,外力による感度変化の小さいPZT素子を作製することが可能であることを明らかにした.また,(2)に関連する成果は特許として出願した.
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