2009 Fiscal Year Annual Research Report
耐熱性インテリジェント複合平板における実用的な熱応力制御法の開発
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21560093
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| Research Institution | Shimane University |
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Principal Investigator |
芦田 文博 Shimane University, 総合理工学部, 教授 (60149961)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
坂田 誠一郎 島根大学, 総合理工学部, 准教授 (80325042)
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| Keywords | インテリジェント構造物 / 圧電セラミックス / 耐熱性構造材料 / 非定常熱応力制御 / 安全設計 / 最適設計 / 国際情報交換 / アメリカ |
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| Research Abstract |
1. アクチュエータ機能の発現手段の開発
耐熱性構造材料層と数個の電極が配置された圧電アクチュエータ層から成る二層複合平板において,構造材料層に非定常熱負荷と各電極に非定常電位差が作用した場合の順問題を,研究代表者らが提案したポテンシャル関数法を適用して理論解析し,変位,応力,電位及び電束密度を表す関数を導いた.次に,圧電アクチュエータ層の各応力成分が許容応力を超えないように制約条件を設けて,各時間ステップで最適化を行い,構造材料層の最大熱応力を常に最小化するために各電極に印加すべき非定常電位差を決定した.さらに,数値シミュレーションを行って過渡的に応答するアクチュエータ機能が発現できていることを検証した.来年度は,構造材料層の非定常熱応力が許容応力を超えたときのみ応力を抑制する適応的制御問題へ拡張する研究を行う.
2. 最適化問題の高速数値解析手法の開発
熱負荷が作用した場合の熱・電気・弾性問題の解に,単位電位差が作用した場合の電気・弾性問題の解を重ね合わせることによって,非線形最適化問題を線形計画問題に帰着し,最適解が必然的に得られる解析手法を開発した.さらに,この制約条件付き線形計画問題を解く際に,不要な制約条件を適宜排除することによって,処理時間を大幅に短縮する手法を開発した.来年度はさらに効率的な数値解析手法を開発する.
3. 多層複合平板の最適設計手法の開発
数個の電極が配置された圧電アクチュエータ層を多層化した複合平板において,構造材料層に定常熱負荷が作用した場合に,構造材料層に生じた最大熱応力の抑制率が最大となるように,圧電アクチュエータ層の厚さと電極配置を最適設計した.しかし,この最適設計は複雑な為,来年度は実用的な近似最適設計手法の開発を行う.
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