2019 Fiscal Year Research-status Report
Adaptive Robust Control of Stress Oscillations in Nonhomogeneous Plates Composed of Functional Materials
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19K04076
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| Research Institution | Shimane University |
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Principal Investigator |
芦田 文博 島根大学, 学術研究院理工学系, 教授 (60149961)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 不均質平板 / 圧電材料 / 動的弾性逆問題 / 特性曲線法 / 応力振動 / センシング機能 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
圧電材料と構造材料とで構成された不均質平板に大きさが未知の一定な衝撃圧力が作用し，平板の表面間に生じた電位差の時間履歴が測定された場合を想定した動的弾性逆問題を，特性曲線法を適用して解析した．その結果，想定した電位差の時間履歴から作用した衝撃圧力の大きさを決定できるとともに，平板内に生じた応力振動の挙動も示すことができた．なお，この解析において，不均質平板の材料組成は厚さ方向にべき乗則分布に従って変化するものと仮定した．また，作用した衝撃圧力の大きさは乱数で与え，未知とした．
得られた解析結果を検証するために，決定された衝撃圧力が不均質平板に作用した場合の動的弾性順問題を特性曲線法によって解析し，平板の表面間に生じた電位差の時間履歴と平板内の応力振動を求めた．この順問題の数値結果は上記の逆問題の数値結果に精度良く一致した．従って，特性曲線法を適用して動的弾性逆問題を精確に解析できることが明らかになった．
動的弾性逆問題を解析する過程において，測定された電位差の時間履歴から周期が分かるために，弾性波が平板内を往復するのに要する時間を計算できることから，不均質平板の構成材料と組成分布則が既知であれば，組成変化パラメータが推定可能であることに気付いた．そこで，不均質平板の材料組成が厚さ方向にべき乗則分布に従って変化する場合，べき指数を乱数で与えて未知とし，測定されたものと想定した電位差の時間履歴の周期からべき指数を推定してみたところ，精確に決定することができた．従って，平板の表面間に生じた電位差の時間履歴から，構成材料の組成変化パラメータおよび平板に作用した一定な衝撃圧力の大きさを両方とも決定できることが示された．これは，研究計画段階で考慮していなかった望外の成果である．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
研究実施計画では，令和元年度中に，力学的インピーダンスが厚さ方向に変化しない場合つまり定常応力振動が生じる場合と，力学的インピーダンスが厚さ方向に変化する場合つまり非定常応力振動が生じる場合とについて，測定された電位差の時間経過を比較検討し，定常応力振動または非定常応力振動が発生したことを検知するセンシング機能の発現法を確立する予定であった．しかし，研究実績の概要で述べた通り，不均質平板の構成材料の組成分布を推定する課題に取り組んだために，力学的インピーダンスが厚さ方向に変化する場合の研究しか実施できなかった．ただし，作成した数値シミュレーションプログラムは力学的インピーダンスが厚さ方向に変化しない場合にも適用できるため，定常応力振動が発生したことを検知するセンシング機能の発現法を確立する研究は令和２年度中に行えるものと考えている．
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| Strategy for Future Research Activity |
令和２年度は，先ず令和元年度中に実施できなかった力学的インピーダンスが厚さ方向に変化しない場合の動的弾性逆問題の解析を行い，定常応力振動が発生したことを検知するセンシング機能の発現法を確立する．
次に，当初の研究実施計画に沿って，磁性材料と構造材料とで構成された不均質平板に既知の衝撃負荷および磁位差または磁界が作用した場合の動的弾性順問題を解析し，磁位差または磁界の強さが非定常応力振動の減衰に及ぼす影響を明らかにする．この解析によって，衝撃負荷が不均質平板に作用したときに生じる非定常応力振動を制御するアクチュエータ機能の発現法を確立する．
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| Causes of Carryover |
令和元年６月に中国杭州市で開催された国際学術会議 "12th International Congress on Thermal Stresses" に参加したときの旅行日程を短縮せざるを得なかったことなどの影響で，７千円余りの残額が生じた．
この残額は少額であるため，令和２年度の交付金と合わせて，研究成果発表旅費，参加登録費および消耗品の購入費に充てる予定である．
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