2021 Fiscal Year Annual Research Report
The investigation on the detachment of the interface in an piezoelectric actuator.
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18K03855
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| Research Institution | Osaka Institute of Technology |
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Principal Investigator |
上田 整 大阪工業大学, 工学部, 教授 (10176589)
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2018-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 圧電材料 / 傾斜機能材料 / 破壊力学 / 弾性数理解析 / 電気的負荷 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
ユニモルフ型圧電アクチュエータは，機能・コスト両面で優れており，多方面で使用されているが、圧電材料と金属平板間の界面剥離が問題となっている。圧電アクチュエータは、微小変位制御において，空気圧式，油圧式，電気式などに比べて変位精度および応答速度に優位性を有しているが，変位レンジおよび発生力に関しては，十分と言い難い．このため，屈曲型や積層型が開発されているが，変位レンジおよびコストの両面から屈曲型が比較的多く使用されている．屈曲型の場合，一枚の金属板に一枚の圧電材料を張付けたユニモルフ型や二枚の圧電材料を用いて構成されるバイモルフ型が一般的であるが，金属板との接着層や金属電極層などの接合界面から剥離が発生することが知られている．
このため，傾斜機能圧電材料が開発され，ユニモルフ型やバイモルフ型圧電アクチュエータシステムの応力低減のために用いられている．最近は，屈曲型アクチュエータの信頼性向上を目的として傾斜機能圧電材料の開発が進められており，傾斜機能材料単体の強度評価は精力的に行われているが，上記のような接合界面が存在する傾斜機能圧電アクチュエータの破壊力学的挙動を詳細に調査した研究は数少ないのが現状である．
本研究では，微小き裂を有する圧電アクチュエータシステムをモデル化した傾斜機能圧電平板(FGPM)と金属平板から成る二層平板を対象に，一般の使用形態を模擬した電気的負荷が作用する場合を考え，微小き裂に起因する電気弾性破壊力学的挙動を解明し，微小き裂が界面まで進展した場合のき裂先端近傍の特異応力場・電気場を特定することに成功している．さらに、圧電アクチュエータには衝撃負荷が作用する場合もあり、衝撃破壊力学解析を実施した。
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