内圧による軽量知的構造に関する基礎的研究

利用内压的轻质智能结构基础研究

基本信息

批准号：
05750076
负责人：
足立忠晴
金额：
$ 0.58万
依托单位：
Tokyo Institute of Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Encouragement of Young Scientists (A)
财政年份：
1993
资助国家：
日本
起止时间：
1993 至无数据
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-05750076/
关键词：
知的構造薄肉構造解析モデル液体圧力アクチュエータセンサ

项目摘要

知的構造とはセンサ機能を備え、自ら判断しアクチュエータ機能で外力などに対応する構造である.この概念によれば構造の能動的に微小な変形を制御することが期待される.精密な変形制御する場合,従来のセンサおよびアクチュエータでは構造の重量増加につながり好ましくないことが多い.そこで特別な装置を付加することなく,気体あるいは液体の内圧で変形を感知し,変形を制御する知的構造を開発することを前提として,本研究においてはその基礎的な特性を明らかにすることを目的とした.端部が閉じられたアクリル製の円筒に空気あるいは水を満たしたモデルにより実験を行い,その基本的な挙動を明らかにした.水あるいは空気に内圧を加え,円筒の軸方向のひずみを測定した.このとき円筒の半径方向の変形を考慮すれば、実験結果は弾性理論より得られる理論値とよく一致することがわかった.この結果,内圧を利用すれば極めて微小な変形を安定して得られることがわかった.また円筒を軸方向に変形させることにより内圧の変化を測定した.わずかな圧力変化であるが変形状態を検知できることがわかった.特に変形させる前の初期圧力が高いほど,その感度は向上した.したがって特別な装置を取付けることなく内圧により知的構造を構成することのできる可能性を見いだした.一般にセンサおよびアクチュエータを構造に埋没するとき、構造との連成変形を考慮しなければ所要のセンサあるいはアクチュエータ機能を得ることができない.そこで積層はり理論を用いてはり状の知的構造の仕様を決定するための数学モデルを提案した.これにより構造およびセンサ・アクチュエータの材質から効率的な機能を得るための形状および埋没位置を得ることのできる図表を作成し,効率的な知的構造を簡便に設計することが可能となった.

智力结构是具有传感器函数的结构，可以做出自己的判断力，并使用执行器功能对外部力量进行响应。根据此概念，预计该结构将受到积极控制以控制小变形。当进行精确的变形控制时，常规传感器和执行器通常会导致结构的重量增加，这是不可取的。因此，这项研究的目的是阐明智力结构的基本特征，该特征通过气体或液体的内部压力感知变形，并在不增加特殊设备的情况下控制变形。我们使用模型进行了一个实验，在该模型中，丙烯酸缸封闭的末端充满了空气或水，并揭示了其基本行为。将内压施加到水或空气上，并测量气缸的轴向应变。在考虑圆柱体的径向变形时，发现实验结果与从弹性理论获得的理论值良好。该结果是发现可以使用压力稳定地实现非常小的变形。此外，内部压力的变化是通过在轴向方向上变形缸来测量的。发现即使轻微的压力变化很小，也可以检测到变形状态。特别是，变形前的初始压力越高，灵敏度得到了提高。因此，发现可以在不安装特殊设备的情况下构建具有内部压力的智力结构。通常，当传感器和执行器埋在结构中时，如果不考虑与结构的耦合变形，则无法获得所需的传感器或执行器函数。因此，提出了一个数学模型，以使用层压梁理论来确定光束样智力结构的规格。这创建了一个图表，该图可以从传感器和执行器的结构和材料中获得有效的功能和掩埋位置，从而可以简单地设计有效的智力结构。