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先端圧電材料システムの分域回転・結晶粒再配向を考慮した電気破壊・メゾ力学

考虑先进压电材料系统的域旋转和晶粒重新取向的电击穿和介观动力学

基本信息

批准号：
13875021
负责人：
進藤裕英
金额：
$ 1.34万
依托单位：
Tohoku University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Exploratory Research
财政年份：
2001
资助国家：
日本
起止时间：
2001 至 2003
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究は,先端圧電材料システムの電気破壊力学特性を,マイクロ構造及び分域・分極ならびに欠陥(き裂等)との相互作用を考慮して解明したものである.すなわち,知的・電子材料システム,マイクロシステム等の信頼性・耐久性評価に資することを目的に,電気破壊・メゾ力学的研究を実施し,以下の成果を得た.1.き裂を有する圧電積層材料の電気弾性・有限要素解析を行い,エネルギー解放率等の破壊力学パラメータに及ぼす分域回転及び負荷電場の影響を明らかにした.2.(1)圧電セラミックスを対象に,MSP(改良型小型パンチ)試験・有限要素解析を行い,破壊荷重・MSPエネルギー・最大ひずみエネルギー密度に及ぼす180°,90°分域回転及び負荷電場の影響を解明した.また,有限要素解析と実験から得られたMSPエネルギーを比較・検討し,MSP試験片の分域回転領域を示して考察を加えた.(2)三層圧電積層片持ちはり(バイモルフ型アクチュエータ)の非線形曲げ試験・有限要素解析を行い,たわみに及ぼす分域回転及び負荷電場の影響を明らかにした.また,三層圧電アクチュエータを対象に,両端単純支持三点曲げ試験及び理論・有限要素解析を行い,変位・分域回転に及ぼす力学的・電気的負荷の影響を解明した.(3)内部電極を有する圧電積層材料の電極端近傍応力・電束密度を理論的に解明した.また,内部・表面電極を有する多層圧電アクチュエータの電極端近傍における電気弾性場集中に及ぼす印加電圧・分域回転の影響及び非線形挙動を理論的・実験的に解明した.さらに,円形電極の場合についても同様に解明し,考察を加えた.3.圧電セラミックスのDT(ダブルトーション)試験を行い,破壊荷重に及ぼす負荷電場の影響を解明した.また,DT試験の有限要素解析を行い,破壊力学パラメータに及ぼす分域回転及び負荷電場の影響を解明して,実験結果に理論的検討を加えた.

In this study, the electrical and mechanical properties of advanced piezoelectric materials are studied. For the purpose of evaluating the reliability and durability of electronic materials, the following results were obtained: 1. The analysis of electrical properties and finite elements of high-voltage laminated materials, and the analysis of mechanical properties and the influence of load electric field on the distribution of electrical properties and finite elements. 2. (1)The voltage field is measured by the MSP(modified small scale) test. The finite element analysis is carried out to investigate the influence of the load, MSP, maximum internal density, 180°, 90 ° sub-domain return and load field. The finite element analysis and the comparison of MSP test results show that the MSP test results show that the MSP test results (2)Three-layer voltage-voltage laminated sheet is characterized by non-linear curve test, finite element analysis, sub-domain return and load electric field effect. The three-layer voltage distribution model is based on the three-point curve test and the theory of finite element analysis, and the influence of the three-layer voltage distribution model and the mechanics of the three-layer voltage distribution model is analyzed. (3)Internal electrodes have a theoretical explanation of the electrode terminal proximity force and beam density of the voltage laminated material. In addition, the internal surface electrode has a multilayer voltage field near the electrode terminal, and the effect of voltage domain return and nonlinear motion theory is explained. In addition, in the case of circular electrode, the influence of load and load electric field is analyzed. The finite element analysis of DT experiment is carried out to solve the influence of mechanical and sub-domain return and load electric field, and the theoretical analysis of the results is added.