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電子複合材料の構造・界面制御と知能デバイス化に関する研究

研究課題

研究課題/領域番号 17760073
研究種目

若手研究(B)

配分区分補助金
研究分野 機械材料・材料力学
研究機関東北大学

研究代表者

成田 史生  東北大学, 大学院・工学研究科, 准教授 (10312604)

研究期間 (年度) 2005 – 2007
研究課題ステータス 完了 (2007年度)
配分額 *注記
3,400千円 (直接経費: 3,400千円)
2007年度: 1,100千円 (直接経費: 1,100千円)
2006年度: 1,000千円 (直接経費: 1,000千円)
2005年度: 1,300千円 (直接経費: 1,300千円)
キーワード弾性・非弾性論 / 数理解析 / 有限要素解析 / 材料試験 / 電子複合材料 / 電場・力学場相互干渉 / 知的材料システム / マイクロ・ナノデバイス / 弾性・非弾性
研究概要

本研究は,センサ・アクチュエータ等を一体融合化した知能電子デバイスの設計・開発に資することを目的に,圧電効果を有する電子複合材料の感知・応答特性評価を数値シミュレーション・実験両面から行ったものである.得られた成果を要約すると以下の通りである.
1.(1)交流電場下における両端固定傾斜機能圧電アクチュエータの非線形動的曲げ挙動を理論・実験両面から明らかにした.有限要素解析は,圧電層の分域壁移動を考慮して行い,たわみ・音圧及び内部応力に及ぼす交流電圧・傾斜組成分布の影響を解明した.また,音圧を測定し,解析結果と実験結果を比較・検討して,解析モデルの妥当性を検証した.
(2)交流電場下における両端固定傾斜機能圧電トランスデューサを対象に,非線形動的曲げ・出力電圧挙動に関する有限要素解析(分域壁移動を考慮)・試験を行い,音圧・出力電圧及び内部電場・応力に及ぼす交流電圧・傾斜組成分布の影響を解明した.
(3)片持ち傾斜機能圧電トランスデューサを対象に,交流電場・集中荷重による先端たわみ・出力電圧及び内部応力を有限要素解析(分域壁移動を考慮)し,非線形動的曲げ・出力電圧挙動を解明した.また,先端たわみ・出力電圧を測定し,解析結果と比較・考察した.
2.(1)円環状き裂を有する圧電繊維複合材料の軸対称問題を取り上げ,き裂の電気弾性挙動を理論的に解明した.
(2)1-3圧電コンポジットの電気力学場集中及び周波数特性に関する数値シミュレーション・実験を行い,静的・動的電場誘起の変位・内部応力に及ぼす角柱・円柱状圧電ロッド体積含有率の影響を解明した.

報告書

(3件)
  • 2007 実績報告書
  • 2006 実績報告書
  • 2005 実績報告書
  • 研究成果

    (16件)

すべて 2007 2006 2005 その他

すべて 雑誌論文 (15件) (うち査読あり 3件) 学会発表 (1件)

  • [雑誌論文] Electroelastic Response of a Flat Annular Crack in a Piezoelectric Fiber Surrounded by an Elastic Medium2007

    • 著者名/発表者名
      Y. Shindo
    • 雑誌名

      Journal of Engineering Mathematics 59

      ページ: 83-97

    • 関連する報告書
      2007 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Nonlinear Bending Characteristics and Sound Pressure Level of Functionally Graded Piezoelectric Actuators by AC Electric Fields: Simulation and Experiment2007

    • 著者名/発表者名
      Y. Shindo
    • 雑誌名

      Smart Materials and Structures 16

      ページ: 2296-2301

    • 関連する報告書
      2007 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Bending Behavior of Functionally Graded Piezoelectric Laminated Actuators under Electric Fields2007

    • 著者名/発表者名
      Y.Shindo
    • 雑誌名

      Key Engineering Materials 336/338

      ページ: 2619-2623

    • 関連する報告書
      2006 実績報告書
  • [雑誌論文] Nonlinear Dynamic Bending and Domain Wall Motion in Functionally Graded Piezoelectric Actuators under AC Electric Fields : Simulation and Experiment2006

    • 著者名/発表者名
      Y.Shindo
    • 雑誌名

      JSME International Journal, Series A 49・2

      ページ: 188-194

    • 関連する報告書
      2006 実績報告書
  • [雑誌論文] Three-Dimensional Electroelastic Analysis of Functionally Graded Piezoelectric Plate via State Vector Approach2006

    • 著者名/発表者名
      S.Fang
    • 雑誌名

      ZAMM 86・8

      ページ: 628-641

    • 関連する報告書
      2006 実績報告書
  • [雑誌論文] Bending Behavior of Functionally Graded Piezoelectric Laminated Actuators under Electric Fields2006

    • 著者名/発表者名
      Y.Shindo
    • 雑誌名

      Key Engineering Materials (in press)

    • 関連する報告書
      2005 実績報告書
  • [雑誌論文] Nonlinear Dynamic Bending and Domain Wall Motion in Functionally Graded Piezoelectric Actuators under AC Electric Fields : Simulation and Experiment2006

    • 著者名/発表者名
      Y.Shindo
    • 雑誌名

      JSME International Journal, Series A (in press)

    • 関連する報告書
      2005 実績報告書
  • [雑誌論文] Three-Dimensional Electroelastic Analysis of Functionally Graded Piezoelectric Plate via State Vector Approach2006

    • 著者名/発表者名
      S.Fang
    • 雑誌名

      ZAMM (in press)

    • 関連する報告書
      2005 実績報告書
  • [雑誌論文] Electroelastic Fracture Mechanics Analysis of Central Active Piezoelectric Transformer2005

    • 著者名/発表者名
      F.Narita
    • 雑誌名

      European Journal of Mechanics, A/Solids 24・3

      ページ: 377-392

    • 関連する報告書
      2005 実績報告書
  • [雑誌論文] Bending and Polarization Switching of Piezoelectric Laminated Actuators under Electromechanical Loading2005

    • 著者名/発表者名
      F.Narita
    • 雑誌名

      Computers and Structures 83・15/16

      ページ: 1164-1170

    • 関連する報告書
      2005 実績報告書
  • [雑誌論文] Analytical and Experimental Study of Nonlinear Bending Response and Domain Wall Motion in Piezoelectric Laminated Actuators under AC Electric-Fields2005

    • 著者名/発表者名
      F.Narita
    • 雑誌名

      Acta Materialia 53・37

      ページ: 4523-4529

    • 関連する報告書
      2005 実績報告書
  • [雑誌論文] Dynamic Electromechanical Response and Self-Sensing of Functionally Graded Piezoelectric Cantilever Transducers

    • 著者名/発表者名
      Y. Shindo
    • 雑誌名

      Journal of Intelligent Material Systems and Structures (in press)

    • 関連する報告書
      2007 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Electroelastic Field Concentrations and Polarization Switching Induced by Circular Electrode at the Interface of Piezoelectric Disk Composites

    • 著者名/発表者名
      F.Narita
    • 雑誌名

      European Journal of Mechanics, A/Solids (in press)

    • NAID

      130005020171

    • 関連する報告書
      2006 実績報告書
  • [雑誌論文] Axially Poled Solid Cylinder under Tension with a Flat Annular Crack

    • 著者名/発表者名
      F.Narita
    • 雑誌名

      ZAMM (in press)

    • 関連する報告書
      2006 実績報告書
  • [雑誌論文] Electroelastic Response of a Flat Annular Crack in a Piezoelectric Fiber Surrounded by an Elastic Medium

    • 著者名/発表者名
      Y.Shindo
    • 雑誌名

      Journal of Engineering Mathematics (in press)

    • 関連する報告書
      2006 実績報告書
  • [学会発表] Delayed Fracture of the Piezoelectric Ceramics under Electric Fields in Three-Point Bending2007

    • 著者名/発表者名
      F. Narita
    • 学会等名
      2007 ASME International Mechanical Engineering Congress and Exposition
    • 発表場所
      Seattle, Washington, U.S.A.ワシントンコンベンションセンター
    • 年月日
      2007-11-14
    • 関連する報告書
      2007 実績報告書

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公開日: 2005-04-01   更新日: 2016-04-21  

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