| 研究概要 |
圧電セラミックスに共振周波数の交流電界を印加し,材料特性の時間的変化を測定した.材料特性の評価はインピーダンスアナライザーを用いて,圧電セラミックスの共振周波数,反共振周波数,自由静電容量を所定の時間間隔で測定し,これらの測定値から電気機械結合係数,誘電率,圧電定数,ヤング率を計算した.また,角柱の試験片中央部に発生する最大瞬間応力を交流電界と材料定数から評価した.圧電セラミックスとして富士セラミックス製チタン酸ジルコン酸鉛(C-6材)とチタン酸鉛(M-6材)を対象に実験を行った.その結果,チタン酸鉛において共振周波数の交流電界により発生する内部応力が最大のときに,電気機械結合係数と圧電定数が著しく減少することを明らかにした.
また,研究代表者らが提案した損傷変数の発展式と修正立方体モデルにより損傷変数を組み込んだ圧電構成式を用いて,有限差分法により積層型圧電アクチュエーターの破壊開始解析を行った.積層型圧電アクチュエーターに周期境界条件を適用し,オフセットした電極にはさまれたユニットセルを解析した.電極には一定電界を印加し,時間とともに発達する損傷変数の分布とそれにより変化する応力,電場の連成解析を行った.解析領域中の損傷変数が1になる時間から破壊開始時間を計算し,その位置を特定した.その結果,積層型圧電アクチュエーターの構造上オフセットして配置される電極端で損傷変数は1に達し,破壊が開始する位置を予測した.また,系統的に解析条件を変化させることにより,電極に与える外部電界と破壊開始時間の関係を明らかにした.
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