核融合用超伝導デバイスの健全性をモニタリングする絶縁型磁歪複合材料システムの創出

本研究では，電磁力学的エネルギー変換型フェロイクス（磁歪繊維）要素材の微視的機能設計により，外力負荷に高感度に反応し，力センシングや微小振動発電を可能とする絶縁型磁歪複合材料システムの創出を第一優先課題とする．そして，内部応力や経年劣化をモニタリングし，電池レスで信号を送信する絶縁性パイプの開発を目指し，磁歪材料であるFe-Co繊維をガラス繊維強化プラスチック（GFRP）に埋め込んだ複合材料を試作して，強度特性とセンサ機能を極低温環境下で評価する．令和4年度では， 磁歪Fe-Co繊維の導入本数を変えてGFRP複合材料を作製し，4点曲げ試験を行った．4点曲げ試験では，曲げ荷重による磁束密度分布の変化をホール素子を用いて計測した．また，曲げ応力モニタリング機能に関する理論モデルを構築し，実験結果に理論的検討を加えた．以下に得られた結果の要約を示す．(1) Fe-Co繊維を埋め込んだ磁歪GFRP複合材料の4点曲げ試験による磁束密度変化は，Fe-Co繊維の積層位置が試験片中央から試験片表面側に移行するに伴い増加する傾向となった．また，曲げ弾性率および最大曲げ応力について評価を行い，GFRP単体の機械特性と同等の値が得られた．このことから，GFRP単体が使用される箇所に磁歪GFRP複合材料を置換することで，機械特性を維持しながら磁束密度計測による非接触応力測定を可能とする指針が示された．(2) 材料力学に基づく組合せはりモデルおよび複合則を併用し，曲げ応力とFe-Co繊維の逆磁歪効果の関係について考察した．曲げ応力により誘起される空間の磁束密度変化が，初期段階において線形に増加した後，ある曲げ応力に達したときに一定の値で推移することが明らかになった．この応力を複合材料の設計応力とする新たな複合材料設計を可能とする手法を確立した．

本研究では，電磁力学的エネルギー変換型フェロイクス（磁歪繊維）要素材の微視的機能設計により，外力負荷に高感度に反応し，力センシングや微小振動発電を可能とする絶縁型磁歪複合材料システムの創出を第一優先課題とする．そして，内部応力や経年劣化をモニタリングし，電池レスで信号を送信する絶縁性パイプの開発を目指し，磁歪材料であるFe-Co繊維をガラス繊維強化プラスチック（GFRP）に埋め込んだ複合材料を試作して，強度特性とセンサ機能を極低温環境下で評価する．令和4年度では， 磁歪Fe-Co繊維の導入本数を変えてGFRP複合材料を作製し，4点曲げ試験を行った．4点曲げ試験では，曲げ荷重による磁束密度分布の変化をホール素子を用いて計測した．また，曲げ応力モニタリング機能に関する理論モデルを構築し，実験結果に理論的検討を加えた．以下に得られた結果の要約を示す．(1) Fe-Co繊維を埋め込んだ磁歪GFRP複合材料の4点曲げ試験による磁束密度変化は，Fe-Co繊維の積層位置が試験片中央から試験片表面側に移行するに伴い増加する傾向となった．また，曲げ弾性率および最大曲げ応力について評価を行い，GFRP単体の機械特性と同等の値が得られた．このことから，GFRP単体が使用される箇所に磁歪GFRP複合材料を置換することで，機械特性を維持しながら磁束密度計測による非接触応力測定を可能とする指針が示された．(2) 材料力学に基づく組合せはりモデルおよび複合則を併用し，曲げ応力とFe-Co繊維の逆磁歪効果の関係について考察した．曲げ応力により誘起される空間の磁束密度変化が，初期段階において線形に増加した後，ある曲げ応力に達したときに一定の値で推移することが明らかになった．この応力を複合材料の設計応力とする新たな複合材料設計を可能とする手法を確立した．