耐熱性インテリジェント複合平板における実用的な熱応力制御法の開発

2013 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 21560093
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 機械材料・材料力学
• 研究機関: 島根大学
• 研究代表者: 芦田 文博 島根大学, 総合理工学研究科(研究院), 教授 (60149961)
• 研究分担者: 坂田 誠一郎 島根大学, 総合理工学研究科, 准教授 (80325042)
• 研究期間 (年度): 2009-04-01 – 2014-03-31
• キーワード: 連続体力学 / インテリジェント構造物 / 圧電センサ / 圧電アクチュエータ / 耐熱性構造材料 / 非定常熱応力制御 / 安全設計 / 最適設計

研究概要

本研究では， 1つの耐熱性構造材料層の上に，1つのセンサ用圧電セラミックス層と多数のアクチュエータ用圧電セラミックス層が接着された多層複合平板を解析モデルとした．構造材料層に作用した未知の非定常熱負荷に適応して，構造材料層の非定常最大熱応力が許容応力を超えないように自律的に制御されるインテリジェント機能の実用的な発現手段を開発した．さらに，インテリジェント機能が最大限に発現されるように多層複合平板を最適設計する手法を開発し，最適設計されたモデルを示すとともに，最大熱応力の最高抑制率を明らかにした．

研究成果

• [雑誌論文] Optimum Structure Design of a Multilayer Piezo- composite Disk for Control of Thermal Stress (2012)
  • 著者名/発表者名: A. Elsawaf, F. Ashida, S. Sakata
  • 雑誌名: Jounral of Thermal Stresses 巻: Vol. 35, No. 9 ページ: 805-819
  • DOI: 10.1080/01495739.2012.689233
• [雑誌論文] Hybrid Constrained Optimization for Design of a Piezoelectric Composite Disk Controlling Thermal Stress (2012)
  • 著者名/発表者名: A. Elsawaf, F. Ashida, S. Sakata
  • 雑誌名: Theoretical and Applied Mechanics Japan 巻: Vo. 60 ページ: 145-154
  • URL: https://www.jstage.jst.go.jp/article/nctam/60/0/60_145/_article
• [雑誌論文] Control of Transient Thermal Stress in a Piezo- composite Disk (2012)
  • 著者名/発表者名: F. Ashida, S. Sakata, Y. Sugimoto
  • 雑誌名: International Journal of Theoretical and Applied Multiscale Mechanics 巻: Vol.2, No.1 ページ: 19-37
  • URL: http://www.inderscience.com/info/inarticle.php?artid=41171
• [雑誌論文] Optimum Design of Electrode Arrangements in a Multilayer Piezo-composite Disk for Control of Thermal Stress (2010)
  • 著者名/発表者名: A. El Sawaf, F. Ashida, S. Sakata
  • 雑誌名: Journal of Computational Science and Technology 巻: Vol. 4, No. 2 ページ: 77-88
  • DOI: 10.1299/jcst.4.77
• [学会発表] 熱応力を制御する傾斜機能性圧電複合円板の材料組成と電極の設計 (2014)
  • 著者名/発表者名: 関口大志, 芦田文博, 森本卓也
  • 学会等名: 日本機械学会中国四国支部第52期総会・講演会
  • 発表場所: 鳥取大学
  • 年月日: 2014-03-07
• [学会発表] 非定常熱負荷が作用するスマート多層複合円板における非定常最大熱応力の制御 (2014)
  • 著者名/発表者名: 岩橋大貴, 芦田文博, 森本卓也
  • 学会等名: 日本機械学会中国四国支部第52期総会・講演会
  • 発表場所: 鳥取大学
  • 年月日: 2014-03-07
• [学会発表] Control of Thermal Stress in a Piezoelectric-based Composite Disk (2013)
  • 著者名/発表者名: F. Ashida, T. Morimoto
  • 学会等名: China-Japan Joint-Symposium on Mechanics of Advanced Materials and Structures
  • 発表場所: Zhejiang University, Hangzhou, P. R. China
  • 年月日: 20131108-10
• [学会発表] 非定常熱応力を制御するスマート多層複合円板の解析 (2013)
  • 著者名/発表者名: 芦田文博, 坂田誠一郎, 森本卓也, 山田剛志
  • 学会等名: 日本機械学会M&M 2013材料力学カンファレンス
  • 発表場所: 岐阜大学
  • 年月日: 20131012-14
• [学会発表] Control of Transient Thermal Stress in a Smart Piezo-composite Disk (2013)
  • 著者名/発表者名: F. Ashida, S. Sakata, T. Morimoto, T. Yamada
  • 学会等名: The 10th International Congress on Thermal Stresses
  • 発表場所: Nanjing University of Astronautics and Aneronautics, Nanjing, P. R. China
  • 年月日: 20130531-0604
• [学会発表] 熱応力を制御するスマート複合円板における電極配置の最適設計 (2013)
  • 著者名/発表者名: 岩橋大貴, 芦田文博, 森本卓也, 坂田誠一郎
  • 学会等名: 日本機械学会中国四国支部第51期総会・講演会
  • 発表場所: 高知工科大学
  • 年月日: 2013-03-08
• [学会発表] 傾斜機能性圧電複合円板における圧電層の材料特性が熱応力に及ぼす影響 (2013)
  • 著者名/発表者名: 亀井一樹, 芦田文博, 坂田誠一郎, 森本卓也
  • 学会等名: 日本機械学会中国四国支部第51期総会・講演会
  • 発表場所: 高知工科大学
  • 年月日: 2013-03-08
• [学会発表] Material Design of a Functionally Graded Piezoelectric Composite Disk for Control of Thermal Stress (2012)
  • 著者名/発表者名: F. Ashida, S. Sakata, H. Suzuki
  • 学会等名: The 3rd Asian Conference on Mechanics of Functional Materials and Structures
  • 発表場所: Indian Institute of Technology Delhi, Delhi, India
  • 年月日: 20121205-08
• [学会発表] スマート多層複合円板における非定常熱応力の制御 (2012)
  • 著者名/発表者名: 山田剛志, 芦田文博, 坂田誠一郎
  • 学会等名: 日本機械学会M&M2012材料力学カンファレンス
  • 発表場所: 愛媛大学城北キャンパス
  • 年月日: 20120921-24
• [学会発表] 結晶族6mmの圧電材料の材料特性が熱応力に及ぼす影響 (2012)
  • 著者名/発表者名: 亀井一樹, 芦田文博, 坂田誠一郎
  • 学会等名: 日本機械学会M&M2012材料力学カンファレンス
  • 発表場所: 愛媛大学城北キャンパス
  • 年月日: 20120921-24
• [学会発表] Optimum Structure Design of a Multilayer Piezo- composite Disk for Control of Thermal Stress (2012)
  • 著者名/発表者名: A. Elsawaf, F. Ashida, S. Sakata
  • 学会等名: The 23rd International Congress of Theoretical and Applied Mechanics
  • 発表場所: China National Convention Center, Beijing, P. R. China
  • 年月日: 20120819-24
• [学会発表] 熱応力を制御する傾斜機能性圧電複合円板の材料設計 (2012)
  • 著者名/発表者名: 鈴木光, 芦田文博, 坂田誠一郎
  • 学会等名: 日本機械学会中国四国支部第50期総会・講演会
  • 発表場所: 広島大学工学部
  • 年月日: 2012-03-08
• [学会発表] 任意の熱負荷を受けるスマート複合円板の非定常熱応力の制御 (2012)
  • 著者名/発表者名: 山田剛志, 芦田文博, 坂田誠一郎
  • 学会等名: 日本機械学会中国四国支部第50期総会・講演会
  • 発表場所: 広島大学工学部
  • 年月日: 2012-03-08
• [学会発表] Efficient Optimum Design of a Piezoelectric Composite Disk for Thermal Stress Control (2011)
  • 著者名/発表者名: A. El Sawaf, F. Ashida, S. Sakata
  • 学会等名: The 9th International Congress of Thermal Stresses
  • 発表場所: Budapest University of Technology, Budapest, Hungary
  • 年月日: 20110605-09
• [学会発表] Hybrid Constrained optimization for Design of a Piezoelectric Composite Disk Controlling Thermal Stress (2011)
  • 著者名/発表者名: A. El Sawaf, F. Ashida, S. Sakata
  • 学会等名: 第60回理論応用力学講演会
  • 発表場所: 東京工業大学
  • 年月日: 20110308-10
• [学会発表] Efficient Optimum Design of Electrode Arrangements in a Multilayer Piezo-Composite Disk for Control of Thermal Stress (2010)
  • 著者名/発表者名: A. El Sawaf, F. Ashida, S. Sakata
  • 学会等名: The 2nd Asian Conference on Mechanics of Functional Materials and Structures
  • 発表場所: Nanjing University of Aeronautics and Astronautics, Nanjing, P. R. China
  • 年月日: 20101022-25
• [学会発表] Design of Electrodes in a Two-layered Piezoelectric Composite Disk for Control ogf Thermal Stress (2010)
  • 著者名/発表者名: M. Tomozawa, S. Sakata, F. Ashida
  • 学会等名: The 2nd Asian Conference on Mechanics of Functional Materials and Structures
  • 発表場所: Nanjing University of Aeronautics and Astronautics, Nanjing, P. R. China
  • 年月日: 20101022-25
• [学会発表] 熱応力を制御するための多層圧電複合円板の材料設計 (2010)
  • 著者名/発表者名: 鈴木光, 芦田文博, 坂田誠一郎
  • 学会等名: 日本機械学会2010年度年次大会
  • 発表場所: 名古屋工業大学
  • 年月日: 20100905-08
• [学会発表] Control of Transient Thermal Stress in a Piezo- composite Disk (2010)
  • 著者名/発表者名: F. Ashida, S. Sakata, Y. Sugimoto
  • 学会等名: The 12th International Congress on Mesomechanics
  • 発表場所: National Taiwan University of Science and Technology
  • 年月日: 20100621-25
• [学会発表] 二層圧電複合円板における熱応力制御のための電極の最適化 (2010)
  • 著者名/発表者名: 友澤雅典, 坂田誠一郎, 芦田文博
  • 学会等名: 日本機械学会中国四国支部第48期総会・講演会
  • 発表場所: 広島工業大学
  • 年月日: 2010-03-06
• [学会発表] Optimum Design of Electrode Arrangements in a Piezo-Composite Disk for Control of Thermal Stress (2009)
  • 著者名/発表者名: A. ElSawaf, F. Ashida, S. Sakata
  • 学会等名: 日本機械学会第22回計算力学講演会
  • 発表場所: 金沢大学
  • 年月日: 20091010-12
• [学会発表] 二層圧電複合円板における非定常熱応力の効率的制御 (2009)
  • 著者名/発表者名: 杉本陽平, 芦田文博, 坂田誠一郎
  • 学会等名: 日本機械学会第22回計算力学講演会
  • 発表場所: 金沢大学
  • 年月日: 20091010-12
• [学会発表] Optimum Design of a Piezo-composite Disk for Control of Thermal Stress (2009)
  • 著者名/発表者名: A. Elsawaf, F. Ashida, S. Sakata
  • 学会等名: The 8th International Congress on Thermal Stresses
  • 発表場所: Illini Union, University of Illinois, Urbana-Champaign, IL, USA
  • 年月日: 20090601-04