| 研究概要 |
ピエゾ電気材料は,構造的な力学現象と電気的な現象間に連成効果を生じる材料である.代表的な材料として,PZTセラミクスや圧電性ポリマーあり,これらはアクチュエータやセンサとして多用されている.他方,ピエゾ抵抗材料は,同様に,構造的・電気間の連成効果を生じる材料であるが,材料に応力を負荷した揚合に抵抗値が変化する効果を生じる点が異なる.この材料もやはり圧力センサ等として広く利用されている.これらの材料をアクチュエータやセンサとして利用する場合には,通常他の比較的弾性係数の小さい柔軟な弾性構造物と連結し,アクチュエータとして必要な所要の変形機構の形成,変形量の拡大を図ったり,センサとして必要な荷重方向の選定や,感度の向上を図る.本研究では,このようなアクチュエータやセンサの高性能化や多機能化を図るために,トポロジー最適化と多目的最適設計の考え方のもと,最適なピエゾ材料と柔軟構造の形態・形状を創成可能な設計法を開発する.
本年度は,その開発の一環として,代表的な柔軟構造であるコンプライアントメカニズムの形態・形状を創成可能な最適設計法を構築し,その方法をもとに統合的最適設計システムを開発した.併せて,このシステムを用いて,医療用・機械部品用を対象に,実用的なコンプライアン,トメカニズムを設計・開発を行った.他方,アクチュエータやセンサ設計法に必要な数値解析システムを開発する第1段階として,ピエゾ電気効果とピエゾ抵抗効果を解析可能な方法の構築を行うとともに,それに基づき解析プログラムを開発した.さらに,そのプログラムとコンプライアントメカニズムの創成設計プログラムを統合化し・最適なピエゾ材料と柔軟構造の形態・形状を創成可能とする基本プログラムを開発した.このプログラムのもと,簡単な創成設計問題を対象に最適設計を行いながら,多目的最適設計の目標関数などの妥当性について検討を行った.
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