応力状態を制御するインテリジェント複合平板の最適設計に関する基礎的研究

2003 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 15560074
• Research Institution: Shimane University
• Principal Investigator: 芦田 文博 島根大学, 総合理工学部, 教授 (60149961)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 坂田 誠一郎 島根大学, 総合理工学部, 助教授 (80325042)
• Keywords: インテリジェント材料 / スマート構造物 / 圧電セラミックス / 耐熱性構造材料 / 多層複合平板 / 最適設計 / 熱弾性逆問題 / 三次元解析

Research Abstract

平成15年度は,応力状態を制御するインテリジェント複合平板についての研究を行うための準備として,応力制御問題よりも解析が容易な変位制御問題について次の研究を行った.
1.耐熱性構造材料層に圧電セラミックス層が接着された二層複合平板を対象に,構造材料層に既知の媒質加熱分布が作用した場合,圧電セラミックス層の表面に同心円状に配置された円環状電極にステップ電位を印可することによって,構造材料層の熱弾性変位を要望された分布状態に制御する逆問題を解析した.次に,構造材料層の表面が初期の平面状態に保たれる場合について数値シミュレーションを行い,各電極に印加すべきステップ電位を最適化によって決定した.その結果,電極が5個の場合,熱弾性変位の最大値は約0.2%まで抑制された.
2.耐熱性構造材料層の上にセンサ用とアクチュエータ用の圧電セラミックス層が接着された三層複合平板において,アクチュエータ用圧電セラミックス層の表面に印可用電極が上記1の場合と同様に配置されたとき,構造材料層の熱弾性変位を適応的に制御するインテリジェント問題を解析し,数値シミュレーションを行った.初めに,構造材料層に作用した未知の媒質加熱分布を,センサ用圧電セラミックス層に誘起された電位分布から決定した.次に,構造材料層の表面を初期の平面状態に保つために,アクチュエータ用圧電セラミックス層の各電極に印加すべきステップ電位を,応力制約条件の下に,最適化によって決定した.さらに,電位を印可した後の弾性変位と応力の分布を計算し,設定されたインテリジェント機能が発現されていることを検証した.
以上の研究によって,熱弾性変位分布を適応的に制御するインテリジェント構造物における現実的な電位の印可方法が確立された.