2014 Fiscal Year Research-status Report
機能性不均質材料平板を伝播する応力振動の挙動解明と制御法開発
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26420015
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| Research Institution | Shimane University |
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Principal Investigator |
芦田 文博 島根大学, 総合理工学研究科(研究院), 教授 (60149961)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | 応力振動 / 傾斜機能性材料 / 力学的インピーダンス / 動的問題 / 薄板 / 解析解 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
厚さ方向に物性値が指数関数的に変化する理想的な不均質材料平板において，一方の表面に衝撃圧縮負荷が作用し，他方の表面が固定されたときの弾性波動伝播問題の理論解析結果を基に，（ア）応力が圧縮性で振動が単調かつ周期的になる場合と，（イ）応力振動が複雑かつ非周期的で危険な引張応力が生じる場合と，２つの異なる現象が生じる要因を調査した．数学的には，無限級数で表される応力の解析解の特性方程式形が異なり，特性方程式を満たす無限個の根が１個目に対して，（ア）の場合は整数倍に大きくなり，（イ）の場合は非整数倍に大きくなった．その結果，応力の第１次成分の周期に対して高次成分の周期が，（ア）の場合は整数倍となるために応力が圧縮性で波形が矩形になるが，（イ）の場合は非整数倍となるために応力波形が時間の経過につれて変化し引張応力が生じることが明らかになった．次に，特性方程式の根を調査したところ，（ア）の場合は力学的インピーダンスが一定になり，（イ）の場合は力学的インピーダンスが位置の関数になることが分かった．つまり，応力振動の挙動を支配する物理的因子は力学的インピーダンスであることが特定された．従って，危険な引張応力を伴った非周期的応力振動が生じないように不均質材料平板を設計するためには，力学的インピーダンスが一定になるように物性値の変化を決定すればよいことが判明した．
次に，厚さ方向に物性値が指数関数的に変化する理想的な場合の不均質材料平板において，一方の表面に熱衝撃負荷が作用し，他方の表面が基準温度に保たれ，両方の表面で応力が自由のときの熱弾性波動伝播問題の理論解析結果を基に，上記の弾性波動伝播問題と同様に，物性値の変化の状態によって，応力振動が単調で周期的になる場合と，複雑で非周期的になる場合と，２つの異なる現象が生じる要因を調査した．その結果，上記の弾性波動伝播問題と同様の結論が導かれた．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
当初予定した通り，不均質材料平板の弾性波動伝播問題と熱弾性波動伝播問題において，応力が圧縮性で振動が単調かつ周期的になる場合と，応力振動が複雑かつ非周期的で危険な引張応力が生じる場合と，２つの異なる現象が生じる数学的要因を明らかにした．次に，数学的要因から，応力振動の挙動を支配する物理的因子を特定した．さらに，危険な引張応力を伴った非周期的応力振動が生じないように不均質材料平板を設計する手法を開発できた．従って，研究目的と研究実施計画に照らし，平成26年度の本研究は概ね計画通りに進んだものと思われる．
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| Strategy for Future Research Activity |
平成26年度の研究が概ね計画通りに進んだため，平成27年度も研究目的と研究実施計画に沿って進める予定である．具体的には，特性曲線法を適用して，不均質材料平板の応力振動挙動の検証に関する研究を行う．特性曲線法は不均質材料平板の物性値が一般的に変化する場合の弾性波動伝播問題にも適用でき，精度の高い数値結果が得られる解析法である．そこで，不均質材料平板の厚さ方向への物性値の変化が現実的な場合について，平成26年度の研究で解析した弾性波動伝播問題と熱弾性波動伝播問題を，特性曲線法を適用してそれぞれ数値解析する．得られた数値結果に基づいて，平成26年度の研究成果，つまり物性値の変化が理想的な場合の解析解と数値結果から導かれた応力振動の挙動や支配因子の妥当性を，物性値の変化が現実的な場合について検証する．さらに，物性値の変化をパラメータにとって数値解析を行い，応力振動の挙動を支配する別の因子の探索や新たな挙動を示す応力振動の存在について詳細に検討する．
得られた成果に基づき，平成28年度以降の研究実施計画の見直しも検討する．
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| Causes of Carryover |
次年度使用額が生じた主な理由は，バルセロナで開催された国際会議に付随して開催されたセミナーにも参加する予定であったが，旅行日程が合わなかったために参加できず，セミナーの参加登録費を支払う必要性が無くなった為である．
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
次年度使用額は，平成27年度の消耗品費に繰り入れ，消耗品の購入に充てる予定である．
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