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高分子アクチュエータの電気化学・力学挙動の計算モデリングに関する研究

聚合物执行器电化学和机械行为的计算建模研究

基本信息

批准号：
05F05074
负责人：
都井裕
金额：
$ 0.77万
依托单位：
The University of Tokyo
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2005
资助国家：
日本
起止时间：
2005 至无数据
项目状态：
已结题

项目摘要

人工筋肉、またロボティクス、MEMSへの応用材料として、イオン導電性高分子・金属複合材料(IPMC)が関心を集めている。IPMCアクチュエータの代表例として、Nafion膜やFlemion膜の両面に白金板あるいは金板などを装着したIPMC材がよく使われている。このようなIPMCアクチュエータの動作に関する実験的、理論的研究が活発に行なわれているが、IPMC材の設計に有用な、高精度の計算ツールはいまだ存在しない。本研究では、高分子アクチュエータの動作に関するモデリングについて、汎用性の高い計算力学システム開発を目的とする。まず、NafionベースIPMC材の電気化学・力学的挙動のモデリングをより一般化するため、既に提案した一次元有限要素定式化を二次元定式化に拡張し、様々な電圧を印加した場合の有限要素解析結果をシミュレートした。さらに、FlemionベースIPMC材の一次元電気化学・力学的挙動に関する有限要素モデリングを行い、その結果から得られる固有ひずみを三次元有限要素解析プログラムに入力することにより、IPMC材の一般的な変形応答シミュレーションを行った。IPMC材の有限要素モデリングの定性的・定量的な有効性を検証するため、ワシントン大学知的材料システム研究センターの田谷らの実験結果や、電極の厚さや膜内での電極板の金属粒子の拡散層を考慮した、Nemat-Nasserらの実験結果およびOnishiらの実験結果などと解析結果を比較した。また、電場解析には汎用プログラムであるANSYS/Emagを、電気化学解析と力学解析には自前の有限要素解析プログラムを用いて、連成解析を実施した。さらに、前方運動と後方運動より成る逐次型の支配方程式を改良した、統合型の支配方程式の提案で、水和陽イオンの移動と自由水分子の拡散を同時に考慮できるようになり、実験結果により近い解析ができるようになった。

Artificial tendons, steel bars, materials used for IPMC materials, electronic polymer-metal composite materials (EMPs), and composite materials used in MEMS materials are used in this industry. For example, the IPMC film, the Flemion film, the platinum plate, the gold plate, the IPMC material, the surface, the platinum plate, the platinum plate, This is a theoretical study of the action of IPMC equipment. It is useful in the design of IPMC materials and high-precision calculation. In this study, high molecular weight, high performance, high performance, high The mechanical properties of chemistry and mechanics of IPMC materials based on the mechanical properties of IPMC materials, the mechanical properties of chemical engineering, mechanical properties of IPMC materials, chemical engineering, mechanical engineering, engineering, engineering, The finite element analysis of chemistry and mechanics in one-dimensional chemical mechanics of IPMC and Flemion materials. The results show that the inherent finite element analysis of three-dimensional mechanical properties of IPMC materials is based on the analysis of three-dimensional finite elements. The qualitative and quantitative analysis of the finite element analysis of IPMC materials is based on the qualitative and quantitative analysis of the finite elements of IPMC materials, such as the qualitative and quantitative analysis of the finite element analysis of IPMC materials, the qualitative and quantitative analysis of the finite element analysis of metal particles in the thin film, and the analysis of the results of the analysis of metal particles in the thin film. Mechanical analysis of electrical engineering, chemical analysis, mechanical analysis, mechanical analysis, finite element analysis, chemical analysis, mechanical analysis, mechanical analysis, chemical analysis, mechanical analysis, mechanical analysis, chemical analysis, mechanical analysis, chemical analysis, mechanical analysis, mechanical At the same time, the movement at the back of the train, the movement behind the movement in the front, the improvement of the successive control equation, the proposal of the integrated control equation, and the movement of free water molecules in water and water were studied at the same time, and the results were analyzed.