形状記憶合金を用いた複合材料のスマート化に関する基礎的研究

形状记忆合金智能复合材料基础研究

基本信息

批准号：
13750082
负责人：
中谷彰宏
金额：
$ 1.41万
依托单位：
Osaka University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
财政年份：
2001
资助国家：
日本
起止时间：
2001 至 2002
项目状态：
已结题

项目摘要

近年、生物的な自己強化や恒常性維持機能をも持つ適応的材料構造の実現への要求が、安全性、省エネルギー性、さらには環境確保という科学技術とその工業化への時代的要請の増大とともに、次第に高まりをみせてきている。本課題では、形状記憶合金を用いた知的複合材料および知的構造体のマクロな力学特性・変形特性をミクロな構成要素の特性から評価し、さらには、外場の変化に適応して、能動的に振舞う機能を設計するための有効な方法論を提案することを目的としている。ここでは、その基礎研究として、Ni-Ti形状記憶合金線を組み合わせた構造体を対象とし、内部構造の違いによる巨視的応答の違いを調べるとともに、目的とする巨視的応答を得るための内部構造の設計についてモデル解析を行なった。得られた成果は以下の通りである。(1)実験的検討として、知的構造体のセンサー・アクチュエーターとしての役割を担う形状記憶合金線の単軸引張試験を行ない、弾性および超弾性域の力学特性、および、その再現性を検討した。さらに、ここで得られた荷重変位曲線に対して、簡便な表式を用いた関数近似を行なった。また、複数の部材を簡便に組み合わせて、全体として複雑な応答をする構造を組み立てるために必要なジョイント部分の基礎的検討を行なった。(2)解析的検討として、形状記憶線材を組み合わせた構造体の有限変形問題を解くことができる有限要素コードを開発し、(1)で得られた荷重変位近似曲線を用いて、外力が作用する様々な構造体に対して、構造全体の変形と局所構造の変化を調べた。超弾性域の材料非線形性と負荷除荷過程のヒステリシスを利用することにより、様々な全体挙動を実現できることを示した。(3)以上で得られた知見をもとに、形状記憶線を組み合わせた構造、および、それを内部構造として用いる知的複合材料の設計に対する方法論を提案した。(以上)

近年来，随着科学和技术的不断增长的科学技术需求，其科学和技术的需求不断增长，即安全，节能和环境，对也具有生物自我强化和稳态维护功能的自适应材料结构的需求逐渐增加。该主题旨在根据微型组件的特性来评估智力复合材料和智力结构的宏观机械和变形特性，并提出了一种有效的方法，用于设计功能，以实现适应外部领域变化的行为。在这里，作为一项基础研究，我们研究了由于内部结构差异而引起的宏观响应的差异，并对结合Ni-Ti形状记忆合金线的结构进行了模型分析。所获得的结果如下：（1）作为一项实验研究，对形状记忆合金线进行了单轴拉伸试验，该测试是智力结构的传感器执行器，以检查弹性和超弹性范围的机械性能及其可重复性。此外，通过使用简单表方程进行函数近似，获得了此处获得的负载位移曲线。此外，对组装一个结构所需的关节部分进行的基本检查，该结构通过简单地组合多个成员来提供整体响应的复杂响应。（2）作为一项分析研究，我们开发了有限的元素代码，该代码可以解决结合形状记忆线的结构的有限变形问题，并使用了（1）中获得的负载位移近似曲线来研究整个结构的变形以及各种结构的局部结构的变化。已经表明，可以通过在负载解加过程中利用材料非线性和滞后性的材料非线性来实现各种总体行为。（3）基于上述发现的发现，我们提出了一种设计结构的方法，该结构使用它们作为内部结构结合形状记忆线和智力复合材料。（多于）