| 研究概要 |
圧電セラミックス平板に未知の非定常熱負荷が作用した場合を対象に,時間変数に差分法を適用して,次の問題について三次元理論解析と数値シミュレーションを行った.(1)センサ機能:測定された非定常電位分布から未知の非定常熱負荷を決定した.(2)アクチュエータ機能:熱負荷による材料の変形を要望された変形状態に制御する非定常印可電位分布を決定した.(3)検証:(1)で決定した非定常熱負荷が作用した場合に測定された非定常電位分布が生じること,及び(2)で決定した非定常電位分布を印可したとき要望された変形状態になることを確認した.以上より,過渡的に応答する圧電セラミックスのセンサ機能とアクチュエータ機能を発現する手段が確立され,非定常熱負荷に応答するインテリジェント材料が実現可能であることが示された.
これらの研究成果に基づき,耐熱性構造材料板と圧電セラミックス板で構成される二層複合平板において,構造材料に熱負荷が作用する場合を対象に(1)と同様の解析を行ったところ,圧電セラミックス板に生じる電位は加熱の初期段階では正であるが,時間が経過すると負に反転し,電位が零となる付近では逆問題の解が不安定になることが分かった.現在,解決に向けて研究を行っている.
ところで,複合平板では数値計算に時間が掛り,過渡的応答性を確保する為には計算時間を短縮する必要性が示された.そこで,圧電セラミックス円板において,温度場と電気場は三次元で解析し,熱弾性場は平面応力で近似解析する新たな解法を提案した.併せて,理論解析と数値計算を行い,近似解を厳密解と比較したところ,板厚と直径の比が0.5の場合でも誤差は1%程度であった.従って,多層複合平板において,せん断応力が小さいと考えられる中間の圧電セラミックス層にこの近似解析法を適用でき,計算時間の短縮が期待される.
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