| 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問に連成効果を生じる材料である.すなわち,材料に応力を負荷すれば電荷が生じ,逆に電荷を与えれば弾性変形する.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場合に抵抗値が変化する効果を生じる点が異なる.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.しかし,ピエゾ材料と柔軟構造の形態・形状を力学的理論に基づき設計する方法論は未だ開発されておらず,このようなアクチュエータやセンサを開発する際には,設計者の勘と経験に基づく試行錯誤的設計と試作による評価を数十回以上繰り返し行わざるを得ない状況にある.本研究では,このような問題を抜本的に解決し,高性能で多機能なアクチュエータやセンサを開発するために,トポロジー最適化と多目的最適設計の考え方のもと,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してきた.本年度は,主にピエゾ抵抗材料を用いたセンサ構造の設計法の開発に重点を置き,その方法論の確立を行った.さらに,簡単なセンサ構造の設計問題に適用することにより,構築した方法論によりピエゾ抵抗材料を用いたセンサ構造が設計可能であることを検証した.
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