| 研究課題/領域番号 |
18K03855
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| 研究機関 | 大阪工業大学 |
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研究代表者 |
上田 整 大阪工業大学, 工学部, 教授 (10176589)
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| 研究期間 (年度) |
2018-04-01 – 2022-03-31
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| キーワード | 圧電材料 / 傾斜機能材料 / 破壊力学 |
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| 研究実績の概要 |
ユニモルフ型圧電アクチュエータは，機能・コスト両面で優れており，多方面で使用されているが、圧電材料と金属平板間の界面剥離が問題となっている。圧電アクチュエータは、微小変位制御において，空気圧式，油圧式，電気式などに比べて変位精度および応答速度に優位性を有しているが，変位レンジおよび発生力に関しては，十分と言い難い．このため，屈曲型や積層型が開発されているが，変位レンジおよびコストの両面から屈曲型が比較的多く使用されている．屈曲型の場合，一枚の金属板に一枚の圧電材料を張付けたユニモルフ型や二枚の圧電材料を用いて構成されるバイモルフ型が一般的であるが，金属板との接着層や金属電極層などの接合界面から剥離が発生することが知られている．
このため，傾斜機能圧電材料が開発され，ユニモルフ型やバイモルフ型圧電アクチュエータシステムの応力低減のために用いられている．材料の物性値が連続的に変化するように制御された傾斜機能材料は，スペースプレーンの外壁材として航空宇宙産業での実用化を目的に1980年代半ば頃から開発が始まっている．最近は，屈曲型アクチュエータの信頼性向上を目的として傾斜機能圧電材料の開発が進められており，傾斜機能材料単体の強度評価は精力的に行われているが，上記のような接合界面が存在する傾斜機能圧電アクチュエータの破壊力学的挙動を詳細に調査した研究は数少ないのが現状である．
本研究では，微小き裂を有する圧電アクチュエータシステムをモデル化した傾斜機能圧電平板(FGPM)と金属平板から成る二層平板を対象に，一般の使用形態を模擬した機械的・熱衝撃負荷が作用する場合を考え，微小き裂に起因する電気熱弾性破壊力学的挙動を解明し，微小き裂が界面まで進展した場合のき裂先端近傍の特異応力場・電気場を特定することに成功している．
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
3: やや遅れている
理由
１．内部き裂および縁き裂を有する傾斜機能圧電積層板が熱衝撃負荷を受ける場合の破壊力学的挙動を二重積分変換法に基づく厳密な数理解析手法を用いて解明することに成功した。
２．き裂間相互干渉問題についても、有益な成果が得られている。
３．力学的衝撃負荷が作用する場合について問題の設定および解析がほぼ終了したが、解析プログラムの調整に時間を要しており、多少の遅れが発生している。
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| 今後の研究の推進方策 |
１．動的慣性効果を考慮した衝撃応答解析を行い、十分な精度の解を得る。
２．電気的衝撃負荷が作用する場合について、二層積層材料中の応力変動解明に着手する。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
予定した学会が新型コロナウイルスの感染防止のため中止され、参加出来なかったため余残余金が発生した。本年度は、日本機械学会年次大会2020、Ｍ＆Ｍ2020および仙台で開催予定のACMFMS2020に参加し、成果発表および情報収集のために有効使用することを考えている。
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