| 研究課題/領域番号 |
20K04164
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| 研究機関 | 北九州市立大学 |
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研究代表者 |
長 弘基 北九州市立大学, 国際環境工学部, 准教授 (00435421)
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| 研究分担者 |
戸部 裕史 国立研究開発法人宇宙航空研究開発機構, 宇宙科学研究所, 助教 (40743886)
佐々木 卓実 北九州市立大学, 国際環境工学部, 准教授 (80343432)
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| 研究期間 (年度) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| キーワード | 形状記憶合金 / 除振装置 / FEM解析 / 座屈変形 / 振動特性 |
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| 研究実績の概要 |
1.Cu-Al-Mn形状記憶合金の座屈の疲労・機能劣化特性の研究
2021年度は、板状Cu-Al-Mn形状記憶合金の座屈による疲労・機能劣化特性の研究を実施した。その結果、これまでに研究を行ってきたTi-Ni形状記憶合金は疲労試験中に緩やかな機能劣化を示し、突然材料が破断するような傾向があるのに対し、Cu-Al-Mn形状記憶合金は、安定した繰り返し特性を有するものの、ある回数使用すると突然性能が落ちる傾向を示し、かつ何段階かの性能の劣化が見られたのちに破断する傾向にあることがわかった。このような特徴を示す原因を調査するため、SEM観察による破断面の観察を行ったところ、試料の軸方向とは垂直方向の亀裂が破断箇所付近に多数確認された。また、この亀裂は粒界破壊に起因しており、座屈変形により試料に引張方向の力が作用する面に多数確認された。このことから、本材料の破断は引張変形が作用する面に発生する粒界破壊が原因であることがわかった。
また、研究協力者による金属組織観察により、本材料は結晶粒界に多くの析出物が存在していることが明らかになった。このことから、結晶粒界での亀裂発生はこの結晶粒界に存在する析出物が要因であると考えられる。
2.形状記憶合金を用いた除振装置の設計基盤技術の構築
本年度は、より材料設計の幅を広げるため、これまでに使用していた平板状だけでなく、素子の断面に曲率を付与したコンベックステープ状の形状記憶合金素子を考案し、その座屈特性についてFEMにより調査した。その結果、付与する曲率の増加にともない座屈荷重および座屈変形時の負剛性が増加することがわかった。この傾向は材料試験による結果とも一致した。さらに変形中に素子に作用する応力も、条件によっては平板状の素子とほぼ同じレベルであることがわかった。
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| 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
2021年度は最終年度に予定している除振装置の試作のための、使用する材料の座屈特性の基礎的な研究と、FEMによる設計計算方法の確立をほぼ整えた状態となった。また、それに追加して疲労・機能劣化特性の研究や、金属組織観察などの、本技術が実際に使用される状況となった時に必要なデータについても取得し、さらに当初は予定していなかった、コンベックステープ状素子の座屈特性の研究による、設計基盤技術の拡張も実施できたため、研究自体はおおむね順調に進展していると考える。
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| 今後の研究の推進方策 |
最終年度である今年度は、下記の研究を実施する。
・Cu-Al-Mn形状記憶合金の座屈疲労・機能劣化特性をより詳細に調査し、高疲労強度化のための技術について検討する。
・コンベックステープ状形状記憶合金素子の座屈変形過程についてより詳細に調査し、良好な特性を示す使用方法について検討する。
・これまでに確立した技術を使用した除振装置を実際に試作し、その除振特性について調査する。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
2021年度は2020年度と同様、コロナウィルス流行のため、学会および研究会議に伴う旅費への使用が生じなかった(リモートでの参加のため、学会活動や研究会議は実施した)ため、次年度使用額が生じた。本年度は課題の最終年度のため、除振装置の試作など、研究の実施計画に修正を加えて使用することをなどを研究協力者との協議で決定している。
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