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第一原理計算・結晶均質化法による非線形圧電トリプルスケール解析法の開発とその検証

研究課題

研究課題/領域番号 17760095
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
研究機関大阪工業大学

研究代表者

上辻 靖智  大阪工業大学, 工学部, 助教授 (00340604)

研究期間 (年度) 2005 – 2006
研究課題ステータス 完了 (2006年度)
配分額 *注記
3,500千円 (直接経費: 3,500千円)
2006年度: 800千円 (直接経費: 800千円)
2005年度: 2,700千円 (直接経費: 2,700千円)
キーワード第一原理計算 / 結晶均質化法 / マルチスケール有限要素法 / 密度汎関数法 / 圧電セラミックス / ドメイン・スイッチング / 強誘電性ヒステリシス / スパッタリング
研究概要

本年度の研究実績は下記の3項目に大別される.
(1)ドメイン・スイッチング,構造相転移を考慮した熱・圧電弾性非線形有限要素解析プログラムの開発
均質化法による圧電弾性線形問題のマルチスケール解析手法を基にして,ドメイン・スイッチングと構造相転移を考慮した熱・圧電弾性非線形問題の有限要素解析プログラムを前年度より継続して開発した.本年度は,これまでの計算結果を踏まえて係数マトリックス非零化のためにミクロ変位および電位に関する擾乱の表現を改め,結晶均質化法定式化の修正とこれに基づいたUpdated Lagrange形式の非線形有限要素解析プログラムを開発した.
(2)ドメイン・スイッチングに起因したバタフライ・ヒステリシス特性評価実験による検証
BaTiO_3バルク単結晶体によりドメイン・スイッチング判定条件として発生電界と抗電界の関係が有効であることを確認した上で,BaTiO_3バルク多結晶体に対してXRDおよびSEM-EBSD結晶形態計測に基づく微視構造モデルを導入し,開発プログラムにより非線形有限要素解析を実施した.特に,マクロ特性を正確に表現し得るミクロ構造(代表体積要素)のモデル化,非線形挙動に及ぼす結晶方位分布の影響を明らかにした.また,BaTiO_3バルク多結晶体に対してバタフライ・ヒステリシス測定も実施し,開発手法の妥当性を確認した.
(3)スパッタリングにより創製した圧電薄膜のバタフライ・ヒステリシス特性評価実験
スパッタリング圧電薄膜創製技術により多結晶配向薄膜を創製し,バタフライ・ヒステリシス特性および残留応力測定を実施し,開発手法の圧電薄膜への応用を試みた.特に,薄膜特有の柱状結晶粒は,結晶方位に応じて下地結晶との整合性が異なるため結晶構造が変化することから,トリプルスケール解析手法の有効性および必要性を確認した.また,基板上に形成された圧電薄膜のバタフライ・ヒステリシス特性は,d33およびd31効果が混在するため試験片形状に強く依存することから,開発手法により薄膜特性評価に適した試験片寸法を見出した.

報告書

(2件)
  • 2006 実績報告書
  • 2005 実績報告書
  • 研究成果

    (8件)

すべて 2007 2006 2005

すべて 雑誌論文 (8件)

  • [雑誌論文] マルチスケール有限要素解析による圧電セラミックスのミクロ結晶形態最適設計2007

    • 著者名/発表者名
      上辻靖智
    • 雑誌名

      日本機械学会論文集(A編) 73・725

      ページ: 50-56

    • NAID

      110006165229

    • 関連する報告書
      2006 実績報告書
  • [雑誌論文] Identification of Material Properties of PZT Single Crystal Based on A Crystallographic Homogenization Method2007

    • 著者名/発表者名
      Yasutomo UETSUJI
    • 雑誌名

      Journal of Solid Mechanics and Materials Engineering 1・1

      ページ: 140-151

    • 関連する報告書
      2006 実績報告書
  • [雑誌論文] Evaluation of Ferroelectric Properties of Piezoelectric Ceramics Based on Crystallographic Homogenization Method and Crystal Orientation Analysis by SEM・EBSD Technique2006

    • 著者名/発表者名
      Yasutomo UETSUJI
    • 雑誌名

      JSME International Journal, Series A 49・2

      ページ: 209-215

    • NAID

      110004683595

    • 関連する報告書
      2006 実績報告書
  • [雑誌論文] Fabrication of Smart Material PZT Thin Films by RF Magnetron Sputtering Method in Micro Actuators2006

    • 著者名/発表者名
      Yasutomo UETSUJI
    • 雑誌名

      JSME International Journal, Series A 49・2

      ページ: 201-208

    • NAID

      110004683594

    • 関連する報告書
      2006 実績報告書
  • [雑誌論文] 結晶均質化法に基づいたマルチスケール有限要素解析による圧電セラミックスの結晶方位最適化法の提案2006

    • 著者名/発表者名
      上辻靖智
    • 雑誌名

      日本機械学会論文集(A編) 72・721

      ページ: 1296-1301

    • NAID

      110004810995

    • 関連する報告書
      2006 実績報告書
  • [雑誌論文] 晶系判別および第一原理計算による生体適合無鉛圧電材料の構造評価2006

    • 著者名/発表者名
      上辻靖智
    • 雑誌名

      日本機械学会論文集(A編) 72・722

      ページ: 1472-1478

    • NAID

      110004837516

    • 関連する報告書
      2006 実績報告書
  • [雑誌論文] Identification of Crystal Grain Properties of PZT Ceramics using A Crystallographic Homogenization Method2005

    • 著者名/発表者名
      Yasutomo UETSUJI
    • 雑誌名

      Theoretical and Applied Mechanics Japan 54

      ページ: 77-82

    • NAID

      130004463551

    • 関連する報告書
      2005 実績報告書
  • [雑誌論文] 第一原理計算による生体適合圧電材料の探究2005

    • 著者名/発表者名
      上辻靖智
    • 雑誌名

      日本機械学会論文集(A編) 71・706

      ページ: 944-951

    • NAID

      110004999032

    • 関連する報告書
      2005 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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