圧電フィードバック系を含むマクロ/マイクロシステムの振動制御

2001 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 13650256
• Research Institution: Akita Prefectural University
• Principal Investigator: 土屋 隆生 秋田県立大学, システム科学技術学部, 助教授 (20217334)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 若槻 尚斗 秋田県立大学, システム科学技術学部, 助手 (40294433) ; 加川 幸雄 秋田県立大学, システム科学技術学部, 教授 (10019200)
• Keywords: 圧電 / フィードバック系 / モーダル解析 / 有限要素法 / 等価回路

Research Abstract

初年度は,圧電フィードバック系の解析コードの開発を行った。
解析コードの作成には圧電系の取り扱いに有利な有限要素法を用いた。アイソパラメトリック6面体要素を用いた3次元有限要素シミュレータ「PIEZ03D」はすでに開発されているため,これをベースとして圧電フィードバック系に対応できるような変更を加えた。さらに,次段階のモーダル解析に必要な固有値解析のためのコードも付け加え,モーダルパラメータが有限要素数値モデルをもとに計算できるようにした。3次元有限要素法による固有値計算には膨大な計算時間・計算容量等の計算資源を消費することから,スーパーパンコン上でコードを開発した。
まず,1次元近似が可能な棒の縦振動について数値実験を行った。棒の縦振動については解析解が知られているので,解析解により計算されたモーダルパラメータと構築されたコードによるものを比較した。その結果,両者は良い精度で一致した。また,計算されたモーダルパラメータをもとに等価回路を表し,それをもとに変位分布を計算した結果と有限要素法による直接解を比較した結果,等価回路ですべてのモードのモーダルパラメータを使用した場合は両者は良く一致したが,対象モードのみのモーダルパラメータを用いた場合は,モードをはずれたところでは誤差が大きくなった。また,モードが接近しているところでも誤差が大きくなる傾向にあることもわかった。
解析コードの開発と平行して,簡単な圧電フィードバック系を試作中である。システムは,圧電セラミックスとプラスチック等の柔軟な試料を用いて構築する予定である。