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き裂を有する圧電複合材料の電気弾性力学に関する理論的研究

Research Project

Project/Area Number 12750064
Research Category

Grant-in-Aid for Encouragement of Young Scientists (A)

Allocation TypeSingle-year Grants
Research Field Materials/Mechanics of materials
Research InstitutionTohoku University

Principal Investigator

成田 史生  東北大学, 大学院・工学研究科, 助手 (10312604)

Project Period (FY) 2000 – 2001
Project Status Completed (Fiscal Year 2001)
Budget Amount *help
¥2,100,000 (Direct Cost: ¥2,100,000)
Fiscal Year 2001: ¥700,000 (Direct Cost: ¥700,000)
Fiscal Year 2000: ¥1,400,000 (Direct Cost: ¥1,400,000)
Keywords電気破壊力学 / 数理解析 / 圧電複合材料 / 応力拡大係数 / エネルギー解放率 / エネルギー密度 / 電気弾性相互干渉 / 電子・電気機械デバイス
Research Abstract

本研究は、圧電複合材料の電気破壊強度・機能設計に資することを目的に、き裂を有する圧電複合材料の電気弾性解析を行ったものである。本年度は、き裂の電気弾性解析モデルとして界面近傍の内部き裂、界面き裂等を設定し、圧電複合材料の電気破壊力学解析を行い、応力拡大係数・エネルギー解放率・エネルギー密度等の破壊力学パラメータに及ぼす分極・電場及び負荷(引張り・せん断)の影響を解明した。得られた成果を要約すると以下の通りである。
1.き裂を有する圧電積層材料の平面ひずみ電気弾性解析を行い、破壊力学パラメータに及ぼす電場の影響を検討しており、一部興味ある結果を得ている。
2.(1)円形圧電介在物が弾性母材に接合されている圧電複合材料を対象に、2個の対称界面き裂による面外断波散乱問題を理論解析し、電気破壊動力学的挙動を解明した。また、円振動数に対する動的応力拡大係数・動的エネルギー解放率を数値計算し、圧電特性の影響を考慮した。
(2)圧電繊維複合材料の電気破壊力学的挙動解明を目指し、円板状き裂を有する圧電円柱の電気弾性挙動について検討し、破壊力学パラメータに及ぼす電場の影響を解明・考察した。
(3)上記電気破壊力学解析結果を踏まえ、圧電繊維複合材料の電気破壊評価に関する基礎的研究を進め、一部興味ある結果を得ている。
3.分極方向が異なる2つの圧電セラミックスからなる界面き裂を有する圧電積層材料の電気弾性解析を行い、き裂先端近傍における電気弾性場の特異挙動解明に成功している。また、き裂を有する圧電複合材料の混合モード電気弾性挙動解明を目指して検討を進めており、一部興味ある結果を得ている。

Report

(2 results)
  • 2001 Annual Research Report
  • 2000 Annual Research Report
  • Research Products

    (8 results)

All Other

All Publications (8 results)

  • [Publications] Y.Shindo: "Scattering of Antiplane Shear Waves From a Partially Debonded Piezoelectric Fiber"Theoretical and Applied Mechanics. 50. 183-191 (2001)

    • Related Report
      2001 Annual Research Report
  • [Publications] Y.Shindo: "Scattering of Antiplane Shear Waves by a Circular Piezoelectric Inclusion Embedded in a Piezoelectric Medium Subjected to a Steady-State Electrical Load"ZAMM. 82・1. 43-49 (2002)

    • Related Report
      2001 Annual Research Report
  • [Publications] Y.Shindo: "A Circular Piezoelectric Inclusion Embedded in an Elastic Matrix With Two Curved Interface Cracks Under Dynamic Antiplane Shear"Applied Mechanics in the Americas. 9. 183-191 (2002)

    • Related Report
      2001 Annual Research Report
  • [Publications] F.Narita: "Electroelastic Analysis of a Long Circular Piezoelectric Cylinder With a Penny-Shaped Crack"Applied Mechanics in the Americas. 9. 329-332 (2002)

    • Related Report
      2001 Annual Research Report
  • [Publications] F.Narita: "Electroelastic Fracture Mechanics of Piezoelectric Ceramics"14th U.S. National Congress of Theoretical & Applied Mechanics. (発表予定). (2002)

    • Related Report
      2001 Annual Research Report
  • [Publications] F.Narita: "Circular inclusion problem in dynamic antiplane piezoelectricity"Proceedings of SPIE,Vol.4235. (in press).

    • Related Report
      2000 Annual Research Report
  • [Publications] 進藤裕英: "部分的に剥離した円形圧電介在物による面外せん断波散乱"第50回理論応用力学講演会講演論文集. 239-240 (2000)

    • Related Report
      2000 Annual Research Report
  • [Publications] 南田敬一: "2個の界面き裂を有する圧電繊維複合材料の面外せん断波散乱"日本機械学会2001年 年次大会講演論文集. (発表予定).

    • Related Report
      2000 Annual Research Report

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Published: 2000-04-01   Modified: 2016-04-21  

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