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2016 年度 実施状況報告書

名医の手先を持つ知的構造物を安心して使うためのD∞圧電体の電気弾性場研究

研究課題

研究課題/領域番号 15K05685
研究機関大阪府立大学

研究代表者

石原 正行  大阪府立大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (60283339)

研究分担者 大多尾 義弘  大阪府立大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (10275274)
亀尾 佳貴  京都大学, ウイルス・再生医科学研究所, 助教 (60611431)
研究期間 (年度) 2015-04-01 – 2018-03-31
キーワードD∞対称性 / 電気弾性理論 / 生分解性ポリマー / ポリ乳酸
研究実績の概要

本研究は,特異な異方性を持つ圧電材料(PLLA)からなる単純な構造で屈曲・ねじれ動作を兼ね備える知的構造物に対して,その合理的な設計手法の確立を目指して,材料の異方性(D∞対称性)を考慮した電気弾性基礎理論を構築することを目的としている.本年度は以下の成果を得た.
前年度までに導出・構築したD∞対称性を有する物体の構成方程式・電気弾性場解析手法を,本年度では円柱モデルに適用し研究を推進した.具体的には,軸対称あるいは非軸対称の電気的負荷が作用したモデルを用いてアクチュエータ機能を想定した調査を,軸対称力学的負荷が作用したモデルを用いてセンサ機能を想定した調査をそれぞれ実施し,モデル内部での電気弾性場諸量(変位・ひずみ・応力・電位・電場・電気変位)の分布を詳細に調査し,材料のもつ特異な異方性が電気弾性場分布におよぼす影響を明らかにした.さらに,アクチュエータとして効率良く屈曲・ねじれ動作を得るための方策,あるいは,センサとして効率良く出力信号を得るための方策を明らかにするとともに,破損を防止するための強度評価を行った.これらの成果は,従前の実験的手法では解析しえなかったものであり,上述の知的構造物の合理的設計手法の確立に貢献するものであるため,学術雑誌および国際会議で発表した.なお,上記で今年度の目的はおおむね達成したが,センサ機能をより詳細に調査する必要があることが新たに分かったため,非軸対称力学的負荷を受けるモデルに対する調査に着手した.

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

本年度に予定していた「アクチュエータ機能を想定した円柱構造物の電気弾性場の解明」および「センサ機能を想定した円柱構造物の電気弾性場の解明」をおおむね達成し,基本的な形状モデルに対して材料のもつ特異な異方性が電気弾性場分布におよぼす影響を明らかにしたことから,本研究はおおむね順調に進展していると考えられる.

今後の研究の推進方策

詳細に調査する必要があることが新たに分かった「非軸対称力学的負荷を受けるモデルに対する調査」をまず実施する.以後は,屈曲・ねじれ動作を兼ね備える知的構造物の挙動解明を目標として,より現実的な条件に対する電気弾性場解析を実施する.具体的には,円柱モデルに対して屈曲・ねじれ動作を同時に考慮した境界条件を用いた3次元問題を取り扱う.

次年度使用額が生じた理由

本年度にセンサ・アクチュエータ機能を想定した円柱構造物の電気弾性場の解明を実施したが,その際に,当初予定していなかった「非軸対称力学的負荷を受けるモデルに対する調査」を実施する必要があることが分かり,その実施を優先したため,当初予定していた成果発表を次年度に行うことにしたため未使用額が生じた。

次年度使用額の使用計画

そのため,次年度では当初予定に加えて,延期した成果発表を行うための費用が必要となり,未使用額はその経費に充てることとした.

  • 研究成果

    (11件)

すべて 2016

すべて 雑誌論文 (4件) (うち査読あり 4件) 学会発表 (7件) (うち国際学会 7件)

  • [雑誌論文] Electroelastic response of a piezoelectric cylinder with D∞ symmetry under axisymmetric mechanical loading2016

    • 著者名/発表者名
      Ishihara, M., Ootao, Y., Kameo, Y.
    • 雑誌名

      Mechanics Research Communications

      巻: 74 ページ: 1-7

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Electroelastic response of cylindrical fiber with D∞ symmetry exposed to local electric field through opposed electrode pair2016

    • 著者名/発表者名
      Ishihara, M., Ootao, Y., Kameo, Y.
    • 雑誌名

      Polymer-Plastics Technology and Engineering

      巻: 55 ページ: 900-910

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Analytical technique for thermoelectroelastic field in piezoelectric bodies with D∞ symmetry2016

    • 著者名/発表者名
      Ishihara, M., Ootao, Y., Kameo, Y.
    • 雑誌名

      Journal of Thermal Stresses

      巻: 39 ページ: 1283-1300

    • 査読あり
  • [雑誌論文] One-dimensional transient hygrothermoelastic field in a porous strip considering nonlinear coupling between heat and binary moisture2016

    • 著者名/発表者名
      Ishihara, M., Ogasawara, K., Ootao, Y., Kameo, Y.
    • 雑誌名

      Journal of Thermal Science and Technology

      巻: 11 ページ: JTST0035

    • 査読あり
  • [学会発表] Electroelastic Field in a Semi-infinite PiezoelectricBodies with D∞ Symmetry Subjected to Surface Shear Stress2016

    • 著者名/発表者名
      Sakamoto, K., Ishihara, M., Ootao, Y.
    • 学会等名
      The 5th Asian Conference on Mechanics of Functional Materials and Structures
    • 発表場所
      Shanghai (China)
    • 年月日
      2016-10-17 – 2016-10-17
    • 国際学会
  • [学会発表] An electroelastic problem of a piezoelectric solid cylinder with D∞ symmetry subjected to a transverse electric field2016

    • 著者名/発表者名
      Ishihara, M., Ootao, Y., Kameo, Y.
    • 学会等名
      The 5th Asian Conference on Mechanics of Functional Materials and Structures
    • 発表場所
      Shanghai (China)
    • 年月日
      2016-10-15 – 2016-10-15
    • 国際学会
  • [学会発表] Theoretical analysis for electroelastic field of hollow infinite cylinder with D∞ symmetry subjected to axisymmetric electric loading2016

    • 著者名/発表者名
      Saito, T., Ishihara, M., Ootao, Y.
    • 学会等名
      The 5th Asian Conference on Mechanics of Functional Materials and Structures
    • 発表場所
      Shanghai (China)
    • 年月日
      2016-10-15 – 2016-10-15
    • 国際学会
  • [学会発表] Exact Solution of Transient Thermal Stress Problem of a Multilayered Magneto-Electro-Thermoelastic Hollow Cylinder in the Generalized Plane Strain State2016

    • 著者名/発表者名
      Ootao, Y., Luo, C., Ishihara, M.
    • 学会等名
      The 5th Asian Conference on Mechanics of Functional Materials and Structures
    • 発表場所
      Shanghai (China)
    • 年月日
      2016-10-15 – 2016-10-15
    • 国際学会
  • [学会発表] Electroelastic Field in a Piezoelectric Cylinder with D∞ Symmetry Subjected to Mechanical Torsion2016

    • 著者名/発表者名
      Ishihara, M., Ootao, Y., Kameo, Y.
    • 学会等名
      The 10th Asia-Pacific Conference on Fracture and Strength
    • 発表場所
      富山国際会議場(富山市)
    • 年月日
      2016-09-20 – 2016-09-20
    • 国際学会
  • [学会発表] Nonlinear coupling between heat and moisture diffusion in one-dimensional cylindrical porous media in a transient state2016

    • 著者名/発表者名
      Kojima, K., Ishihara, M., Ootao, Y.
    • 学会等名
      The 11th International Congress on Thermal Stresses
    • 発表場所
      Salerno (Italy)
    • 年月日
      2016-06-08 – 2016-06-08
    • 国際学会
  • [学会発表] Thermoelectroelastic response of a piezoelectric semi-infinite body with D∞ symmetry to a surface heating2016

    • 著者名/発表者名
      Ishihara, M., Ootao, Y., Kameo, Y.
    • 学会等名
      The 11th International Congress on Thermal Stresses
    • 発表場所
      Salerno (Italy)
    • 年月日
      2016-06-07 – 2016-06-07
    • 国際学会

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公開日: 2018-01-16  

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