き裂を有する圧電複合材料の電気弾性力学に関する理論的研究

本研究は、圧電複合材料の電気破壊強度・機能設計に資することを目的に、き裂を有する圧電複合材料の電気弾性解析を行ったものである。本年度は、き裂の電気弾性解析モデルとして界面近傍の内部き裂、界面き裂等を設定し、圧電複合材料の電気破壊力学解析を行い、応力拡大係数・エネルギー解放率・エネルギー密度等の破壊力学パラメータに及ぼす分極・電場及び負荷(引張り・せん断)の影響を解明した。得られた成果を要約すると以下の通りである。1.き裂を有する圧電積層材料の平面ひずみ電気弾性解析を行い、破壊力学パラメータに及ぼす電場の影響を検討しており、一部興味ある結果を得ている。2.(1)円形圧電介在物が弾性母材に接合されている圧電複合材料を対象に、2個の対称界面き裂による面外断波散乱問題を理論解析し、電気破壊動力学的挙動を解明した。また、円振動数に対する動的応力拡大係数・動的エネルギー解放率を数値計算し、圧電特性の影響を考慮した。(2)圧電繊維複合材料の電気破壊力学的挙動解明を目指し、円板状き裂を有する圧電円柱の電気弾性挙動について検討し、破壊力学パラメータに及ぼす電場の影響を解明・考察した。(3)上記電気破壊力学解析結果を踏まえ、圧電繊維複合材料の電気破壊評価に関する基礎的研究を進め、一部興味ある結果を得ている。3.分極方向が異なる2つの圧電セラミックスからなる界面き裂を有する圧電積層材料の電気弾性解析を行い、き裂先端近傍における電気弾性場の特異挙動解明に成功している。また、き裂を有する圧電複合材料の混合モード電気弾性挙動解明を目指して検討を進めており、一部興味ある結果を得ている。

本研究は、圧電複合材料の電気破壊強度・機能設計に資することを目的に、き裂を有する圧電複合材料の電気弾性解析を行ったものである。本年度は、き裂の電気弾性解析モデルとして界面近傍の内部き裂、界面き裂等を設定し、圧電複合材料の電気破壊力学解析を行い、応力拡大係数・エネルギー解放率・エネルギー密度等の破壊力学パラメータに及ぼす分極・電場及び負荷(引張り・せん断)の影響を解明した。得られた成果を要約すると以下の通りである。1.き裂を有する圧電積層材料の平面ひずみ電気弾性解析を行い、破壊力学パラメータに及ぼす電場の影響を検討しており、一部興味ある結果を得ている。2.(1)円形圧電介在物が弾性母材に接合されている圧電複合材料を対象に、2個の対称界面き裂による面外断波散乱問題を理論解析し、電気破壊動力学的挙動を解明した。また、円振動数に対する動的応力拡大係数・動的エネルギー解放率を数値計算し、圧電特性の影響を考慮した。(2)圧電繊維複合材料の電気破壊力学的挙動解明を目指し、円板状き裂を有する圧電円柱の電気弾性挙動について検討し、破壊力学パラメータに及ぼす電場の影響を解明・考察した。(3)上記電気破壊力学解析結果を踏まえ、圧電繊維複合材料の電気破壊評価に関する基礎的研究を進め、一部興味ある結果を得ている。3.分極方向が異なる2つの圧電セラミックスからなる界面き裂を有する圧電積層材料の電気弾性解析を行い、き裂先端近傍における電気弾性場の特異挙動解明に成功している。また、き裂を有する圧電複合材料の混合モード電気弾性挙動解明を目指して検討を進めており、一部興味ある結果を得ている。