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形状記憶合金デバイス設計のための計算力学システムの開発

Research Project

Project/Area Number 04F04336
Research Category

Grant-in-Aid for JSPS Fellows

Allocation TypeSingle-year Grants
Section外国
Research Field Materials/Mechanics of materials
Research InstitutionThe University of Tokyo

Principal Investigator

都井 裕  東京大学, 生産技術研究所, 教授

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) LEE Jong-Bin  東京大学, 生産技術研究所, 外国人特別研究員
Project Period (FY) 2004 – 2006
Project Status Completed (Fiscal Year 2005)
Budget Amount *help
¥1,800,000 (Direct Cost: ¥1,800,000)
Fiscal Year 2005: ¥1,200,000 (Direct Cost: ¥1,200,000)
Fiscal Year 2004: ¥600,000 (Direct Cost: ¥600,000)
Keywords形状記憶合金 / 計算力学 / アクチュエータ / 構成方程式 / 強磁性 / 有限要素法 / 超弾性 / 連成解析
Research Abstract

本研究では、磁気による相変態を考慮し、汎用的強磁性形状記憶合金(FSMA)構成方程式を定式化する。すなわち、FSMAの材料試験との比較により、応力、温度による相変態に磁気の影響も含まれるように拡張し、引張・圧縮の非対称性、垂直変形とせん断変形の連成などを考慮し、二次元および三次元構造に対する新しいFSMA構成方程式を提案する。この構成方程式を用い、シェル要素とソリッド要素を利用した超弾性大変形有限要素解析プログラムを作成する。続いて、FSMAの磁場-超弾性連成解析システムを構築し、田谷らによるFSMAアクチュエータ素子に関する実験結果と比較し、この解析システムの定量的な有用性を実証する。さらに、完成した解析システムを利用し、様々な機能と形状を持つ形状記憶合金(SMA)またはFSMAアクチュエータシステムの設計のための解析を実施する。
本年度は、SMAの二次元構成方程式を提案し、シェル要素を利用した増分形大変形有限要素解析法を定式化した。本計算手法の有用性を示すため、SMAおよびFSMA板ばねアクチュエータの解析に適用した。特に、FSMA板ばねアクチュエータ解析の場合は磁場・超弾性連成解析を行った。磁場と磁気力の解析にはANSYS/Emagを用い、超弾性挙動解析は本研究グループで開発したSMAプログラムを利用した。
また、ワシントン大学知的材料システム研究センターで実施されたハイブリッド型板ばねアクチュエータの解析を行っている。ハイブリッド型板ばねアクチュエータの解析のため、中立面上の節点を任意の面に変換できるようにシェル要素を利用した有限要素解析法を拡張する必要がある。節点の変換を考慮するため、P-point変換法を利用した有限要素解析法の定式化が進行中である。

Report

(2 results)
  • 2005 Annual Research Report
  • 2004 Annual Research Report
  • Research Products

    (11 results)

All 2005 2004

All Journal Article (11 results)

  • [Journal Article] Coupled Magneto-Superelastic Analysis of Helical Spring Actuator Based on Shape Memory Alloy Composite2005

    • Author(s)
      JongBin LEE, Yutaka TOI, Minoru TAYA
    • Journal Title

      International Conference on Computational & Experimental Engineering and Sciences 2005

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    • Author(s)
      李 宗賓, 都井 裕, 田谷 稔
    • Journal Title

      第10回日本計算工学会講演会論文集 10・1

      Pages: 57-60

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    • Author(s)
      李 宗賓, 都井 裕
    • Journal Title

      第49回日本学術会議材料研究連合講演会・講演論文集

      Pages: 135-136

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    • Author(s)
      李 宗賓, 都井 裕, 田谷 稔
    • Journal Title

      日本機械学会2005年度年次大会講演論文集 1

      Pages: 463-464

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      李 宗賓, 都井 裕
    • Journal Title

      2005 Japan ANSYS Conference

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    • Author(s)
      Yutaka Toi, Jong-Bin Lee, Minoru Taya
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      AsiaSim 2004 (LNAI 3398) 3398

      Pages: 694-703

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    • Author(s)
      李 宗賓, 都井 裕
    • Journal Title

      第51回理論応用力学講演会講演予稿集

      Pages: 561-562

    • NAID

      130004603477

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      Yutaka Toi, Jong-Bin Lee, Minoru Taya
    • Journal Title

      Computers and Structures 82・20-21

      Pages: 1685-1693

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      李 宗賓, 都井 裕
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      計算工学講演会論文集 9・2

      Pages: 809-812

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      李 宗賓, 都井 裕
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      第23回日本シミュレーション学会大会発表論文集

      Pages: 159-162

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      李 宗賓, 都井 裕
    • Journal Title

      第48回日本学術会議材料研究連合講演会・講演論文集

      Pages: 239-240

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Published: 2004-04-01   Modified: 2024-03-26  

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